• 전산구조공학
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• 제7권3호
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• pp.46-57
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• 1994

구조최적화 분야는 작게 보면 구조공학의 한 분야에 불과하지만 그것이 지향하는 목표가 보다 근원적이고 원대한 것일 뿐만 아니라, 설계 자체가 복잡하고 다양한 선택과 결정의 과정인 터에, 세부대상이나 접근방법에 따라 여러가지 부 영역을 포괄하는 방대한 연구 영역을 이루고 있다. 크게 대상으로 보아 단면, 기하, 또는 형상과 위상 최적화 등으로 나눌 수 있고, 보다 상급과제로 그들을 통합하는 배치최적화 등이 있다. 다른 한편으로 방법이나 도구로써 각종 수치계산 알고리즘 및 민감도해석과 함께 CAD나 EXPERT SYSTEMS 등을 활용하는 방법 등이 활발히 연구되고 있는 바, 여기서는 구조시스템이 하나의 대규모 공학시스템이라는 본질적 측면에 입각, 복잡한 대형구조시스템의 최적화를 위한 기본이론과 방법을 다루어 보고자 한다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제35권7호
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• pp.821-826
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• 2011

CAE 기반 구조최적설계법인 위상최적설계와 형상최적설계를 크레인의 경량화에 적용하였다. 붐은 단면 형상을 설계 변수로 변화시키면서 질량의 최소화를 최적설계의 목적함수로 하고 붐의 정적강도와 동적강성이 초기 모델의 성능에 비해서 저하되지 않아야 한다는 제한조건을 설정하였다. 구조해석 및 최적설계는 상용소프트웨어인 Hyperworks를 이용하여 수행하였으며 붐의 단면 형상의 변형에 따르는 요소망의 변동은 모핑 기능을 사용하여 수치 안정성을 확보하였다. 붐의 지지부는 초기 모델을 단순화시킨 설계 영역을 설정하고 이를 삼차원 솔리드 요소로 이산화한 후 위상최적설계를 수행하였다. 최적설계 결과 시스템의 전체 동적, 정적 강성을 저하시키지 않은 채로 붐은 19%, 지지부는 17% 경량화시킬 수 있었다.

• 항공우주시스템공학회지
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• 제12권4호
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• pp.18-25
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• 2018

가공의 정밀도와 난삭재 가공이 요구되는 항공기부품용 공작기계의 헤드프레임 구조는 정밀 고속가공을 위해 경량화 및 절삭력에 의한 변형최소화가 필요하다. 본 논문에서는 고강성 경량화 구조 최적설계를 위해 유한요소해석을 수행하여 초기형상을 설계하였고, 컴플라이언스를 최소화하여 경량, 고강성 및 저진동 구조의 위상 최적화 설계를 수행하였다. 최적화 설계결과 프레임 중량은 17.3% 감소되었고, 최대 처짐량은 0.007 mm 이하, 고유진동수는 30.6% 증가되었다. 구조 정강성은 각 축 방향으로 증가되었고, 동강성은 축에 따라 상반된 결과를 나타내었다. 위상 최적화 설계 구조에서 저진동의 고강성을 갖는 최적화된 구조를 확인하였다.

• Composites Research
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• 제36권3호
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• pp.211-216
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• 2023

선박, 항공기 구조물을 설계할 때 경량화 및 강도를 만족할 수 있도록 설계하는 것은 중요하다. 현재, 경량화와 구조물의 강도를 만족시키기 위한 방법으로 3D 프린트 복합재료를 이용한 위상 최적화에 관련된 연구가 활발히 이루어지고 있다. 본 연구에서는 항공기 또는 무인기의 부품 중 하나인 조종면에 대한 3D 프린트 복합재료의 적용 가능성을 분석하기 위해 구조해석을 수행했다. 조종면의 내부 위상 형상에 대해 3가지(육각형, 사각형, 삼각형) 형상을 고려하여 굽힘 하중에 대한 조종면의 최적의 위상 형상을 분석하였다. 또한 3D 프린트 복합재료의 4가지 강화재(탄소섬유, 유리섬유, 고강내열유리섬유, 케블라)를 적용했을 때의 조종면의 굽힘 강도를 분석하였다. 3점 굽힘 실험결과와 구조해석 결과를 비교한 결과, 탄소섬유와 케블라로 제작된 육각형의 위상 형상을 갖는 조종면이 우수한 성능을 갖는 것을 확인하였다. 이를 통해 조종면에 대해 3D 프린트 복합재를 충분히 적용 가능할 것으로 판단된다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제34권8호
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• pp.1129-1136
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• 2010

체결클러치에 부착된 댐퍼스프링은 유체커플링에서 직결로 변환될 때 발생하는 엔진 토크의 진동을 흡수하는 역할을 한다. 본 연구에서는 체결클러치의 성능을 좌우하는 압축스프링 및 지지 판 구조물의 최적설계를 통해서 새로운 설계형상을 제안하였다. 체결클러치와 연결된 엔진, 변속기, 구동축 및 휠, 차체질량 등 주요 부품들을 다 포함하는 다물체 동역학모델을 구성하여 공진 회피에 필요한 스프링상수를 계산하였다. 또한 어닐링 모사법에 의한 스프링 최적설계코드를 개발한 후 스프링상수, 최대충격토크, 수축각도, 스프링개수, 피로강도 등을 입력하여 압축 스프링의 사양을 최적화하였다. 이들 스프링을 지지하는 3 가지의 판에 대해서 컴플라이언스를 최소화하고 체적비를 0.3 이하로 하는 위상최적화를 수행하여 새로운 형상을 제안하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권12호
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• pp.1513-1519
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• 2013

유전 알고리즘은 자연의 진화 과정에 기초한 계산 모델로서 전역 최적화 결과를 제공할 수 있다. 변화율(gradient)을 기반으로 하는 방법들과는 달리, 민감도 해석이 요구되지 않으므로 민감도 해석이 어려운 전계(electric field)에서의 나노 단위 구조물의 형상 설계에 적합하다. 본 연구는 유전 알고리즘과 ON/OFF 방법을 기반으로 위상최적화를 수행하여 가시광선 영역에서 새로운 형태의 나노개구 설계를 목표로 하였다. 연구의 목적은 나노개구 아래10nm에 위치한 측정영역에서의 전계 투과효율(transmission rate)을 최대화하며, 동시에 다른 영역에서의 전계 분포를 최소화하는 것이다. 유한요소해석 및 최적화 과정은 상용 프로그램 COMSOl과 Matlab 프로그램의 연동에 의하여 수행되었다. 최적화 모델의 결과는 초기 모델과의 전계 강도 (electric field intensity) 및 근접장의 초점치수(spot size)를 비교하여 분석하였다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제14권10호
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• pp.4685-4693
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• 2013

본 연구는 FMM 방식을 사용하는 OLED 디스플레이의 증착공정에서 사용되는 마스크 프레임의 무게를 최소화하기 위한 형상최적설계를 다루었다. 위상최적화 해석을 수행하였으며 그 결과를 토대로 프레임의 가로 및 세로변에 슬롯을 삽입함으로써 강성을 증가시키면서 무게를 저감시킬 수 있는 설계 개념을 도출하였다. 프레임의 형상설계변수를 정의하고 형상최적설계 문제를 정립하여 수치적 최적화를 수행하였다. 프레임의 설계기준인 최대 변위의 제약조건을 만족하면서 무게가 최소인 프레임의 최적형상을 성공적으로 구하였으며, 최적설계된 프레임의 무게는 117.6 kg으로 최초설계안 256 kg 대비 138.4 kg(54.1%)가 감소된 결과를 얻었다.

• 한국산학기술학회논문지
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• 제10권9호
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• pp.2179-2182
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• 2009

최근, 광학기계시스템에 새로운 구조 모델은 저비용, 고성능 및 품질의 개념설계에서 출발해야 할 필요성이 있다. 이런 관점에서, 기계적 구조의 개념설계와 연관된 구조적-위상적 형상은 구조적 강성과 감량과 같은 시스템 성능에 큰 영향을 끼친다. 본 연구에서는, 최적설계방법이 대구경 구조물의 설계단계에 제시되었다. 먼저, 위상 최적화법을 이용하여 구조물의 최적 배열과 보강방안을 얻었고, 사이즈 최적화와 다분야 최적기법을 사용한 세부 설계를 수행하였다. 그 일례로, 이 방법들을 대구경 구조물 설계에 적용하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제35권6호
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• pp.343-349
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• 2022

본 논문에서는 구조물이 다중 구조물로 연결되는 경우 연결부의 조인트 위치를 기존의 위상최적설계 기법을 활용해 설계하는 기법을 개발하였다. 조인트는 길이가 0이고 강성이 매우 강한 스프링으로 모델링되었으며, 조인트는 유한요소 메시 형상과 무관하게 이동할 수 있도록 모델링되었다. 최적화 과정에서 조인트가 서로 뭉치는 현상을 방지하기 위해 조인트 최소거리 조건을 추가해 조인트간의 최소거리가 확보된 설계를 얻었다. 최적설계 시 목적함수로는 전체 구조물의 compliance 값이 사용되었으며, 조인트 최소거리 조건에 따른 결과를 비교하기 위해 2개의 수치예제를 해석하였다. 위상최적설계 결과 조인트 최소거리 조건의 변화에 따라 조인트 및 구조물의 최적 형상을 얻을 수 있었다.

• 재활복지공학회논문지
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• 제10권1호
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• pp.65-72
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• 2016

본 논문은 계단 보행 조건에서 작동할 수 있는 능동형 대퇴의지를 설계하고 구조 최적화를 통해 경량화를 진행하는 것을 목적으로 한다. 계단 보행 시 무릎에 걸리는 토크는 일반 보행에 비해 크므로 능동형 상대적으로 큰 토크를 낼 수 있는 동력 시스템이 필요하다. 또한 의지의 무게는 사용자의 착용감과 피로감과 연관이 되므로 의지의 경량화 설계 또한 필수적이다. 계단 보행 시 필요한 토크를 만들어내고 경량화와 소형화 구조를 적용하기 위해 플랫형 BLDC 모터를 사용하였다. 다양한 감속 장치를 이용해 필요 토크를 생성하고 작동각도 및 속도를 만족할 수 있게 감속비를 선정하였다. 구조 및 구동부 설계가 완료된 후 최적화를 통해 구조 경량화를 수행하였다. 계단 보행 시 나타나는 하중 조건을 고려하여 최적화를 수행하였으며, 해석 및 실험을 통해 최적화된 구조의 안정성을 검증하였다. 결과적으로 구조물의 강성은 유지하면서 위상 최적화와 형상 최적화를 통하여 무게를 감량하였으며, 공간 효율이 좋아졌다.