비정형 건축곡면의 패널분할 최적화 정도를 평가하기 위한 여러 가지 최적화 평가기법들이 개발되어 적용되고 있으나 이러한 평가기법과 평가지표들은 독립성, 보편성을 확보하고 있지 못하다. 그러므로 본 연구에서는 비정형곡면 패널분할 최적화 평가기법 및 평가지표에 관한 사례 및 선행연구 고찰을 통한 독립성 및 보편성이 확보되는 비정형 곡면 패널분할 최적화의 정량적 평가를 위한 평가항목 추출과 평가지표의 제안이 이루어진다. 제안된 세 가지 패널분할 최적화 평가항목은 원형 충실도, 생산 용이성, 연속성이며, 원형 충실도를 위한 평가지표로는 곡면 일치, 생산 용이성을 위한 평가지표로는 평면성, 평면 패널 비율, 연속성을 위한 평가지표로는 접선 연속성, 사이 간격이 제안되었으며 그 산출방법이 함께 제안되었다.
비정형 건축물의 건설에서 가장 어려운 공정은 복잡한 디자인으로 이루어진 외장패널을 제작 및 시공하는 것이다. 설계자는 비정형 건물의 부드러운 곡면형태를 훼손하지 않는 범위 안에서 복잡한 곡면을 갖는 패널의 양을 축소하여 패널제작 및 시공비용을 최적화함이 필요하다. 특히 설계초기단계에서 다양한 건축외관을 디자인하고 각 설계대안의 예상공사비를 추정하면서 설계의도를 충족하는 적절한 대안을 찾는 것은 대단히 중요하다. 하지만 대부분의 설계사무소들은 비정형 건축물의 패널최적화에 대한 이해, 기술 및 데이터가 부족하여 초기설계 단계에서 예상공사비 산정, 설계 대안 비교를 통한 예상공사비 조정등의 업무를 효과적으로 수행하지 못하고 있는 실정이다. 본 연구는 비정형 건축물 설계자가 쉽게 접할 수 있는 범용 어플리케이션을 이용하여 비정형 건축물의 외장패널을 최적화하는 방법을 제시하며 최적화 결과와 국내 비정형 건설프로젝트의 외장공사에 대한 실적공사비를 접목하여 최적화 진행에 따른 공사비 변화정도를 산출하는 방법을 제시한다. 연구결과의 적용성을 검증하기 위해 국내에서 최근 완공된 비정형 건축프로젝트의 사례연구를 수행한다.
본 논문은 사각 보강 패널에 사용되는 모자형 보강재의 크기 최적화에 대한 결과를 제시하였다. 보강 패널은 1500 ~ 2500 m/s 의 속도를 가지는 발사체와 충돌한다. 모자형 보강재의 크기를 결정하기 위해서 크기 최적화가 수행되었다. 크기 최적화를 수행하기 위해서는 3 개의 함수들로 구성되어 있다. 이 함수들은 목적함수, 제한함수 그리고 설계 함수로 이루어져 있다. 목적 함수는 보강 패널의 1 차 고유 진동수의 최대화가 되도록 하는 것이다. 제함 함수는 보강재의 부피가 사각 패널 부피의 10 % 이내가 되도록 하는 것이며, 설계 변수로는 모자형 보강재의 치수가 된다. 최적화된 모자형 보강재를 이용하한 보강 패널을 사용하여 초고속 충돌에 대한 시뮬레이션을 수행하였으며, 최적화된 보강재에 대해서 속도와 운동 에너지 변화에 대한 결과를 얻었다. 보강 패널의 충돌 저감을 평가하기 위해서 발사체의 운동 에너지와 속도를 무차원화 계산을 수행하여 비교 분석 하였다.
비정형 건축물은 건축가의 디자인 의도를 반영한 다양한 형태의 외장 디자인을 포함한다. 이러한 비정형 형태의 외장부재는 NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline) 라 불리는 이 방향 곡률로 구성된 불규칙한 자유곡선면을 포함하고 있어 실제 외장부재의 생산 및 시공을 위해서는 3차원 비정형 BIM 기술을 적용한 패널최적화 단계를 거쳐야 한다. 본 연구에서는 역공학(Reverse Engineering) 기법을 근간으로 사례연구를 통해 비정형 건축물 BIM 도구인 디지털 프로젝트를 활용하여 패널형태를 구축하고 패널 최적화 결과를 도출한다. 최적화 결과 도출된 비정형 패널부재의 곡률 형상에 따른 Mock-Up 패널제작을 통해 패널종류에 따른 제작 용이성을 테스트하고 레이저 스케닝 기술을 사용하여 설계한 패널과 생산된 패널과의 데이터를 비교함으로써 이방향 곡률 곡면부재의 제작정밀도를 분석한다. Mock-Up 부재 제작 시 전문가 인터뷰를 통하여 국내에서 수행되고 있는 현행 비정형 외장부재 생산방식의 문제점을 도출하고 개선방안을 제시한다.
디지털 기술의 급속한 발전과 함께 비정형 건축은 그 실현가능성을 높여 왔으며, 비정형 형태로 계획된 복잡한 형태의 건축 외피를 성공적으로 구축하기 위한 패널분할과 최적화 기법 연구에 대한 필요성이 증가하고 있다. 본 논문은 비정형 건축곡면의 성공적인 구축을 위한 선행과제로서 비정형 곡면과 건축곡면 패널분할 기법을 통합적 관점에서 재분류하고 명확한 개념정립을 제시하였으며, 패널분할 최적화 기법의 유형 분류와 유형별 특징 및 사례를 연구하였다.
쌍안정 TN LCD를 매트릭스 어드레싱 구동을 할 때 패널 파라미터와 구동 파형을 최적화하는 방법을 제시하였다. 쌍안정 TN 액정 셀에서 데이터 전압이 광 수위칭 특성에 미치는 영향을 측정하였고 이를 이론적으로 모델링 하였다. 스위칭에 데이터 전압이 미치는 영향을 고려하기 위해 시간의 함수로써 weighting 함수를 도입하였다. Weighting 함수를 알아내면 최소의 데이터 펄스폭을 계산함으로써 멀티플렉싱 구동을 위한 최대의 구동 라인 수를 계산할 수 있다. 또한 패널 파라미터(예, d/p)를 변화 시키면서 테스트 셀을 구동하면 고속 동작을 위한 파라미터를 최적화할 수 있다. 이로부터 이론적 예측과 실험 결과가 잘 일치하는 것을 확인하였다.
이 연구는 패널 플러터 시뮬레이션을 위한 집중 하중의 사용을 연구한다. 이러한 구상은 날개 구조의 아음속 플러터 연구에 대해서는 검증된 바 있으나 초음속 영역에서는 그렇지 못하다. 따라서, 4면 단순 지지 경계 조건의 패널에 공기력과 등가의 집중하중을 가하여 초음속 패널 플러터를 연구한다. 분포된 공기력은 수치 적분 계산을 통해 집중 하중들로 근사된다. 선형 패널 플러터에 대한 공탄성 방정식은 고전적인 small-deflection theory와 piston theory를 이용하여 세워지는 반면, 모방된 패널 플러터에서 플러터 방정식은 분포 공기력에 의한 압력을 집중 하중에 의한 압력으로 대체함으로써 유도된다. 최종적으로 플러터 주파수, 임계 동압, 그리고 그에 상응하는 모드형상이 모방된 패널 플러터에 대해 구해지고, 그 결과를 선형 패널 플러터로부터 얻은 결과와 비교하여 검증하였다. 또한 두 가지 중요한 파라미터인 집중 하중의 개수와 위치는 수치적 예제들과 최적화 과정을 통해 각각 논의되었다. 이 연구에서 얻어진 플러터 결과는 집중하중들을 이용하여 패널 플러터를 재현하는 가능성을 논의하는데 타당한 것으로 생각된다.
자동차 소프트 인스트루먼트 패널의 비용과 중량을 줄이기 위하여 두 가지 사출을 동시에 수행하는 방법을 이용한 새로운 인스투르먼트 패널이 개발되었다. 첫 번째 사출은 뒷면 발포체 포일을 삽입하는 압축 사출을 하는 방법이고, 다른 하나는 동승석 에어백에 도어와 동시에 2샷 사출하는 방법이다. 우리는 그것을 'IMX-IP'라고 부르며, 이것은 인스트루먼트 패널의 모든 부품들이 종류가 다른 수지와 하나의 금형 안에서 만들어지는 방법인 것이다. 본 기술의 개발 과정은 (1) TRIZ 기법을 이용한 새로운 사출 금형 설계, (2) 사출 조건의 최적화와 폼의 손실과 두께 편차를 최소화하기 위한 뒷면 발포체 포일의 최적화, (3) 2샷 사출 압축에 대한 CAE 해석 검증, (4) 신뢰성 검증 시험과 양산에의 적용 순서로 이루어져 있다. 뒷면 발포체 포일 삽입을 이용한 2샷 사출을 통한 공정 감소는 개발비와 중량 절감과 함께 소프트 인스투루먼트 패널의 부드러운 느낌을 향상시키는 것을 가능하게 하였다.
고성능 복합 차음패널 개발을 위해 다양한 복합패널의 차음 성능을 측정하고 이를 토대로 최적의 설계변수를 도출하여 , 설계제한조건 내에서 최대의 차음성능을 갖는 복합차음패널을 개발하였다. 특히, 본 연구에서는 Mini-chamber를 이용함으로서, 차음측정을 위해 사용되는 $10m^{2}$ 이상의 시편 대신 $0.6m^{2}$ 의 시편을 사용함으로써, 시편 제작비 및 개발기간을 대폭 줄일 수 있었다. 주요 설계안으로서 stud를 최적화 한 결과, Mini-Chamber에서는 약 5dB의 차음 성능을 향상 시킬 수 있었으며, 잔향실 측정의 경우 약 $2^{-3}dB$의 차음 성능이 향상되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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