Lightweight design for windlass base frame using optimal design technique

The widlass base frame which is currently used is designed by lots of volume and costs so as to obtain high rigidity in spite of the greatly external load. The purpose of this research is to draw conceptual design of optimal design which can satisfy high rigidity existing windlass base frame has and lessening the body at the same time. Therefore, it progressed conceptual design by applying Topology optimization and Size optimization based on the finite-element analysis for the early model and indicated the result by comparing the early model with optimized model. As the result of Topology optimization, its stress was increased by about 6MPa and weight was decreased by about 560kg in comparison with the early model. In addition, in case of Size optimization, its stress was increased by about 7MPa and weight was decreased by about 1,560kg in comparison with the early model.

최적 설계 기법을 적용한 Windlass base frame의 경량화 설계

현재 사용되는 윈드라스 베이스 프레임은 큰 외부적 하중에도 높은 강성을 얻기 위해 큰 부피와 많은 비용을 들여 설계되어진다. 본 연구에서는 기존의 윈드라스 베이스 프레임이 가지고 있는 높은 강성과 구조 경량화를 동시에 만족 시킬 수 있는 최적형상의 개념 설계를 도출하는 것이 목적이다. 따라서 초기 모델에 대한 유한요소해석을 바탕으로 하여 위상 최적화, 치수 최적화 기법을 적용하여 개념 설계를 진행하였으며 초기 모델과 최적화된 모델을 비교하여 결과로 나타내었다. 그 결과 위상 최적화 결과 초기 모델보다 응력은 약 6MPa 상승하였고 질량은 약 560kg 감소하였다. 또한 치수 최적화의 경우 초기 모델보다 응력은 약 7MPa 상승하였지만 질량은 약 1,560kg 감소한 형상을 얻을 수 있었다.