고속 이송계의 통합설계에 관한 연구

김민석 漢陽大學校 大學院 1999 국내석사

고정도 고품위 부품가공을 위한 기계가공시스템에서 공작기계의 무인화와 고정도화에 대한 요구가 증대되고 있다. 이러한 요구를 충족시키기 위해서는 공작기계에서 발생하는 각종 오차를 제거하는 것이 필수적이다. CNC 공작기계에 존재하는 오차는 이송계와 주축계로 이루어진 기계부에 의한 오차와 이송계와 주축계의 속도와 위치를 결정하는 제어부에 의한 오차로 나눌 수 있다. 이러한 오차를 감소시키거나 제거하기 위해서 종래에는 제어부에 대한 연구와 개발이 집중적으로 진행되어 왔다. 그러나 공작기계 설계와 제작 시 공작기계 정밀도는 이미 기계부에 의해 일차적으로 결정된다. 즉, 단순한 제어만으로는 어느 이상의 정밀도를 얻을 수 없다. 따라서 고속․고정도의 공작기계를 설계, 제조하기 위해서는 종래의 제어부 중심의 설계에서 벗어나 기계부와 제어부를 통합할 수 있는 설계가 필요하다. 공작기계의 통합설계를 위해서는 기계부와 제어부의 특성을 잘 파악하여 원하는 목표(부피, 가격, 성능)를 달성할 수 있는 최적의 기계․제어적인 파라미터를 산출해야 한다. 통합설계에 선행되어야 할 연구과제는 공작기계의 동특성 규명, 오차의 종류와 그 원인파악, 여러 가지 제어법칙의 이해 등이 있으며 이러한 선행연구로부터 얻어진 결과들에 최적설계(optimal design) 기법을 도입하여 최적의 파라미터 값을 산출한다. 본 연구에서는 공작기계 기계부의 한 요소인 이송계에 대해서 강성을 성능함수로 하고, 공작기계 이송계에 존재하는 여러 가지의 기계․제어적인 오차를 제한조건으로 하여 이송계를 통합설계 하였으며, 종래 이송계의 성능과 비교, 분석하였다.

평면 기구의 기계적 오차 및 신뢰도 해석에 의한 공차 최적 설계

최진호 漢陽大學校 大學院 1998 국내박사

설계자는 항상 제작 및 조립 오차로 발생할 수 있는 불확정성에 의한 영향을 고려하여 시스템을 구성해야 하며, 이를 구현하기 위해서는 각 부품에 대한 적절한 공차를 할당해야 한다. 이와 같은 공차는 설계와 제작을 연결하는 중요한 연결고리로서, 설계자는 시스템의 성능을 유지하면서 제작비가 최소화되도록 공차를 할당하여야 한다. 본 연구에서는 산업 현장에서 많이 사용되어지고 있는 기구 시스템의 평면 모델을 대상으로, 링크 길이 및 조인트 틈새의 불확정성으로 인한 기계적 오차 및 신뢰도 해석을 하고, 이를 바탕으로 공차 최적 설계를 수행하고자 한다. 이를 위하여 먼저 기존의 확률적 기구 모델의 단점을 제거함으로써 정확하고 간편하게 공차 해석을 수행할 수 있는 틈새 벡터 모델을 제안한다. 틈새 벡터 모델을 조인트 부에서 핀의 위치가 확률적 특성에 의해 결정되는 기구와 윤활 특성에 의해 결정되는 기구에 적용한다. 조인트 부에서의 핀의 위치가 확률적 특성에 의해 결정되는 기구의 경우, 틈새 벡터 모델과 기존의 등가 링키지 개념의 모델에 의한 기계적 오차 및 신뢰도 해석을 한다. 또한 조인트에서의 핀의 위치가 윤활 특성에 의해 결정되는 기구의 경우, 모빌리티 방법에 의하여 조인트에서의 핀의 위치를 결정함으로써 윤활 특성을 고려한 평면기구의 기계적 오차 및 신뢰도 해석을 수행한다. 틈새 벡터 모델을 근거로 한 기계적 오차 및 신뢰도 해석의 유효성 검증을 위하여, 슬라이더-크랭크 기구와 사절 경로 발생 기구를 고려하였다. 기계적 오차 해석의 경우, 본 연구에 의한 결과를 기존의 등가 링키지 개념의 모델을 사용한 결과 및 몬테칼로 시뮬레이션 결과와 비교함으로써, 틈새 벡터 모델에 근거한 기계적 오차 해석의 유효성을 입증하였다. 신뢰도 해석의 경우, 확률변수의 평균치에서 평가하는 MVFOSM의 결과와 반복적인 해석을 요구하는AFOSM에 의한 결과들이 몬테칼로 시뮬레이션 결과와 잘 일치함을 알 수 있었다. 따라서 링크길이 및 조인트 틈새의 불확정성으로 인한 신뢰도 해석은 틈새 벡터 모델을 근거로 한 MVFOSM이 적절함을 알 수 있었다. 유효성이 입증된 기계적 오차 및 신뢰도 해석을 바탕으로 다양한 설계 상황에 따른 최적의 공차를 할당하기 위한 공차 최적화 문제를 수식화하였고, 이를 풀기 위한 컴퓨터 프로그램을 작성하였다. 작성된 프로그램을 이용하여 조인트 부에서의 핀의 위치가 확률적 특성에 의해 결정되는 기구와 조인트에서의 핀의 위치가 윤활 특성에 의해 결정되는 기구를 대상으로 제작비와 기계적 오차 또는 신뢰도를 고려한 공차 최적화를 수행하였다. 수행된 공차 최적화로부터 다양한 설계 상황에 따른 최적의 공차를 얻었고, 이를 통하여 본 연구에서 제시한 평면 기구의 기계적 오차 및 신뢰도 해석에 의한 공차 최적 설계의 유효성을 입증하였다.

유전 알고리듬을 이용한 응용분야 기반 전용 볼 베어링의 설계방법

윤기찬 한양대학교 대학원 2000 국내박사

구름 베어링은 회전기계 시스템의 성능에 매우 큰 영향을 미치는 기계요소이며, 회전기계 성능을 좌우하기도 한다. 최근 소형‧경량화, 복합화, 다기능화, 고신뢰성화와 같은 기계 시스템의 설계 요구조건들은 회전축을 지지하는 기계 요소인 구름 베어링에 대한 요구조건에도 변화를 가져오게 되었다. 고급 기계 시스템의 요구조건을 만족시키기 위한 베어링의 요구조건은 점차 엄격해지고 있으며, 범용으로 개발된 표준 베어링을 적용하여 고급 응용분야의 요구조건들을 만족시키는 데에는 한계를 갖게되었다. 이러한 이유로 인하여 베어링 제조 업체에서 생산하는 베어링들 중에는 특수 응용분야의 요구조건을 충족시키기 위한 비표준 응용분야 전용 베어링의 생산이 점차 증가하고 있는 추세이며, 이에 대하여 베어링 제조 업체에서는 고부가가치 제품개발 관점에서 적극적으로 대처하고 있다. 그러나, 실질적으로 베어링 설계자들은 응용분야의 요구조건을 만족시키기 위한 적정설계를 수행하고 있으며 설계치수의 변경을 위해서는 설계자의 경험과 직관에 의존하고 있는 실정이다. 한편, 베어링의 성능에 대한 요구조건은 장수명, 고강성, 저토크, 저발열 등으로 요약될 수 있으나, 이들 요구조건들은 베어링 설계관점에서 상충효과(trade-off)가 존재하게 되므로 베어링 설계에는 많은 애로 사항이 존재하게 된다. 이에 본 연구에서는 최근 발전하고 있는 최적화 기법을 이용한 볼 베어링의 설계 방법에 관한 연구를 수행함으로서 응용분야의 요구조건을 만족하는 전용 볼 베어링의 설계 효율 및 제품 설계의 질을 향상시킬 수 있는 설계방법을 제안하고자 한다. 이를 위하여 다양한 하중조건에서 강건하게 베어링의 성능평가를 수행 할 수 있는 준정적해석 기반 볼 베어링 해석 프로그램을 개발하고, 베어링의 설계를 위한 구속조건 및 최적설계 문제로 정식화된 볼 베어링 설계문제를 효율적으로 처리하기 위한 설계방법을 제안하였다. 볼 베어링의 설계 문제는 볼개수와 같은 정수형 설계변수를 포함하고 있으므로 미분정보를 직접 구하는 것이 불가능하므로 미분정보를 이용한 전통적인 최적화 기법의 사용이 제한적이었다. 베어링 전동체의 볼지름은 표준 지름의 부품을 사용해야 하므로 볼 베어링 설계문제는 최적설계 관점에서 이산설계변수를 포함하고 있는 혼합 이산 최적화 문제가 된다. 또한, 나머지 설계변수들은 이론적으로 연속 설계변수이기는 하지만 엔지니어링 관점에서 도면치수로 기록되어야 하므로 해당 정밀도에 따라 고정 소숫점에서 반올림(round-off)이나 버림(truncation)과 이산화 절차가 필요하므로 이산설계 변수로 정의할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 볼 베어링의 모든 설계변수들을 이산설계변수로 취하여 순수 이산 최적화 문제로 정의하였다. 이산 최적설계 문제로 정의한 볼 베어링의 조합형 최적화(combinatorial optimization) 문제를 효율적으로 풀기 위하여 일반적으로 이산설계 변수의 처리가 용이하고 미분정보가 필요 없는 유전 알고리듬을 적용하였다. 유전 알고리듬에서 구속조건을 처리하기 위한 방법으로 순위 방법을 제안하였고 이 순위 방법의 개념을 다중 목적 최적화 문제를 효과적으로 풀기 위한 방법으로 확대 적용하였다. 제안된 설계 방법을 실제 베어링 설계 문제에 적용하여 이 설계방법의 유용성을 보였으며, 제안한 베어링 해석 방법을 이용하여 축 처짐에 의한 축경사가 볼 베어링 수명관점에 미치는 영향을 검토하여 볼 베어링 선정에 대한 가이드 라인을 제시하였다. 또한, 본 연구에서 제안한 설계방법을 이용하여 깊음 홈 볼 베어링의 고부하용량화 설계 및 자동차 휠 베어링 유닛의 장수명 설계를 수행하여 베어링 장창부위의 설계 변경 없이 베어링의 중요한 성능인자인 피로수명을 증가시킬 수 있는 설계방법을 제시하였다.

유전알고리즘을 이용한 다두공작기계 구조물의 최적설계에 관한 연구

옥주선 昌原大學校 産業·情報大學院 2004 국내석사

In this paper, a multi-step optimization using a G.A(Genetic Algorithm) with variable penalty function is introduced to the structural design optimization of a 5-head route machine. The first stage of the design optimization is static design optimization. The following stage is dynamic design optimization stage. In the static optimization stage, the static compliance and weight of the structure are minimized simultaneously under some dimensional constraints and deflection limits. On the other hand, the dynamic compliance and the weight of the machine structure are minimized simultaneously in the dynamic design optimization stage. The proposed design optimization method was successfully applied to the 5-head router machine design optimization. As the results, static and dynamic compliances of the 5-head router machine have decreased by 48.73% and 56.71% respectively compared with the initial design. On the other hand the weight of the structure has increased by 6.06%. However, this increasing result is enough because it satisfy the conditions of the weight constraint.

기계설계를 위한 컴퓨터 지원 동시설계 시스템

김현 漢陽大學校 大學院 1997 국내박사

제품설계는 요구된 기능을 만족하는 제품의 구체적인 구조와 이에 따른 최적의 설계변수들을 구하는 과정으로서 개념설계 단계에서부터 상세설계 및 생산설계 단계에 이르기까지 복잡한 과정을 거친다. 이를 위한 설계 환경은 과거의 순차적인 환경에서 동시공학적인 환경으로 전환되고 있다. 동시공학의 개념을 구현하기 위한 방법은 적용 관점에 따라 다양하게 제시되어왔으나 실제로 공학설계에 관련된 많은 서로 다른 설계 활동을 상호 연계하여, 복잡한 설계 프로세스를 통합적이고 동시적으로 진행할 수 있는 컴퓨터 지원 시스템의 개발은 미흡하였다. 이에 본 연구는 기계설계에서 동시공학의 개념을 구현하기 위해, 설계 및 설계에 관련된 복잡한 프로세스를 보다 통합적이고 동시적으로 고려하기 위한 컴퓨터 지원 동시설계 시스템의 개발을 목적으로 하였다. 본 연구에서의 컴퓨터 지원 동시설계 시스템은 설계에 참여하는 여러 설계 활동들을 통합하고 이들이 동시 협동적으로 설계를 진행시켜갈 수 있도록 제어하는 하부구조 (framework)와 동시설계를 위한 형상 모델러 및 응용분야에 따른 설계 지원 에이전트들로 구성하였으며, 적용된 응용분야는 기계 시스템의 전형적인 예인 치차장치의 설계 및 가공에 관한 분야이다. 개발된 시스템의 하부구조는 흑판구조 (blackboard architecture)를 기반으로 설계되었으며 설계판 (design board), 설계 제어기 (design controller) 및 설계 지원 에이전트 연결자 (connector for the design support agents)로 구성된다. 설계 지원 에이전트는 각 응용 분야에 따라 요구되는 특정 문제를 해결하기 위한 프로그램 모듈로써 설계 지원 에이전트 연결자에 의해 본 하부구조와 통합된다. 설계판은 동시설계에 참여하는 여러 설계 지원 에이전트들이 문제를 해결해 가기 위해 공유해야 하는 정보를 저장하고 있는 저장소이다. 설계 제어기는 설계판의 상태를 감시하고 이에 따라 설계 지원 에이전트들을 제어하면서 설계 프로세스를 진행시키는 역할을 한다. 이 하부구조는 PC 환경에서 객체 지향 언어인 C++ 언어로 개발하였다. 본 하부구조와 함께 동시설계를 위해 중요하고 기본이 되는 설계 지원 에이전트 중의 하나가 형상 모델러이다. 본 연구에서의 동시설계를 위한 형상 모델러는 설계 지원 에이전트들로부터 얻어진 설계값으로부터 삼차원 형상을 효율적으로 설계하고, 가공계획 등 설계와 관련된 분야와 연계될 수 있는 기능을 갖도록 개발하였다. 즉 형상설계의 효율을 높이기 위하여 특징형상에 의한 파라메트릭 모델링 기능을 개발하였으며, 설계와 가공의 연계를 위해 임의의 형상모델로부터 가공에 관련된 특징형상을 추출하고 인식할 수 있는 기본적인 기능을 개발하였다. 개발된 컴퓨터 지원 동시설계 시스템은 기계 시스템의 한 예로써 치차장치의 설계와 가공에 적용되었다. 치차장치 설계를 위한 동시설계 시스템은 동시설계 하부구조를 기반으로 부품 설계 에이전트, 설계 평가 에이전트, 최적설계 에이전트 및 가공계획 에이전트 등으로 구성하였다. 부품 설계 에이전트는 치차장치의 핵심 구성 요소인 치차, 축, 베어링 및 키 등의 부품 설계를 지원하는 모듈들이다. 설계 평가 모듈은 설계 제어기나 사용자로부터 메시지를 받아 현재 설계판에 있는 설계값을 평가하는 모듈로써 AGMA (American Gear Manufacturers Association)의 표준식을 평가식으로 이용하였다. 최적설계 에이전트는 치차의 강도, 간섭, 물림률 등 제반 구속 조건을 만족하는 최소 크기의 치차를 얻기 위한 모듈로써 최적화를 위해 ALM (Augmented Lagrange Multiplier) 방법을 이용하였다. 가공계획 모듈은 설계된 치차를 가공하기 위한 공구를 선정하고 최적의 가공조건을 결정하기 위한 모듈로써, 본 연구에서는 치차 가공에 가장 일반적으로 사용되는 호브 절삭을 고려하여 개발하였다. 본 연구를 통해 개발된 동시설계 시스템의 하부구조는 기계설계 프로세스에 연관된 여러 모듈들이 상호 협동적으로 복잡한 문제를 해결하는데 매우 효과적인 구조이며, 기계 설계 분야에서의 동시설계 구현을 위한 컴퓨터 지원 시스템을 보다 쉽고 효율적으로 개발할 수 있는 기반을 제공한다. 또한 동시설계를 위한 형상 모델러는 특징형상에 의한 파라메트릭 모델링 기능을 갖고 있어 형상 설계의 효율을 극대화할 수 있으며, 형상 설계로 부터의 기본적인 특징형상 인식 기능을 통해 설계와 가공을 동시적으로 고려할 수 있다. 개발된 시스템을 기반으로 구축된 치차장치의 설계를 위한 컴퓨터 지원 동시설계 시스템은 치차장치의 설계 및 가공을 위한 통합적이고 협동적인 지원 환경을 제시하며 보다 효율적으로 설계 프로세스를 지원한다. 개발된 컴퓨터 지원 동시설계 시스템은 치차장치의 설계라는 분야에 적용되었으나 제시된 개념과 방법을 이용해 다른 기계설계 분야에서도 쉽게 적용될 수 있다.

順次的 實驗計劃法과 人工神經網을 利用한 自動車 內裝用 플라스틱 部品의 最適設計에 關한 硏究

이정환 成均館大學校 2008 국내박사

The conventional approximate optimization method, which uses the statistical design of experiments (DOE) and response surface method (RSM), can derive an approximated optimum results through the iterative process by a trial and error. The quality of results depends seriously on the factors and levels assigned by a designer. The purpose of this study is to propose a new technique, which is called a sequential design of experiments (SDOE), to reduce a trial and error procedure and to find an appropriate condition for using artificial neural network (ANN) systematically. An appropriate condition is determined from the iterative process based on the analysis of means. With this new technique and ANN, it is possible to find an optimum design accurately and efficiently. The suggested algorithm has been applied to various mathematical examples and automotive interior pillar trim design problem. The major results of this study are summarized as follows: 1. Analytical research for automotive interior plastic parts considering heat resistant and mechanical characteristics In the development period of interior plastic parts of vehicle, the heat cycle test is an essential procedure to be confirmed. It is important to obtain the material properties for thermal deformation analysis under the various temperature conditions. Especially, creep data of plastic material was introduced to study the time-dependent deformation behavior of the pillar trim in heat cycle test. The time-hardening version of the power-law creep model was applied to account for the permanent deformation after heat cycle test, verified through the comparison of test result with FEA result for simple model. 2. Optimization for mount position and rib pattern of pillar trim In this study, a methodology was developed to find an optimum design of the A-pillar trim with mount position and B-pillar trim with rib pattern as a design variable. One is conventional approximate optimization method which uses the statistical design of experiments and response surface method. The other is a methodology suggested by this work, which is called sequential design of experiments, to find an appropriate condition for using artificial neural network systematically. An appropriate condition is determined from the iterative process based on the analysis of means. With this new technique and ANN, it is possible to find an optimum design accurately and efficiently. 내열사이클성은 자동차 내장용 플라스틱 부품이 계절변화에 의해 주기적으로 고 온 및 저온상태를 거치면서 발생하는 비틀림, 변형 등에 대하여 규정하고 있는 항 목으로써, 평가를 위해서는 실험조건을 거치면서 발생하는 변형을 예측하는 것이 필요하며, 실물을 이용한 실험을 수행하거나 유한요소해석을 통한 시뮬레이션 기법 적용이 일반적인 방법이다. 근래에는 컴퓨터 성능의 급속한 발전과 해석기술의 지 속적인 발달로 제반 조건하에서 부품의 거동을 예측하는 것이 가능하게 되었으며, 플라스틱의 변형과 관련된 연구도 다양한 방법으로 접근되어 왔다. 하지만 이러한 연구들은 사출 성형품에 존재하는 잔류응력(residual stress)의 해석적 예측방법과 재 료거동(material behavior)에 대한 수학적 모델에 근거한 내열변형의 이론적 접근방법 이므로 플라스틱과 같이 온도의 영향에 의해 기계적 성질이 크게 변화하는 재료의 거동을 예측하는 데는 한계가 있다고 할 수 있다. 한편, 자동차 내장용 플라스틱 부품은 교통사고 발생에 의한 충격으로부터 승객 을 보호하기 위한 안전성 확보가 요구되며, 승객의 안전을 고려한 설계분야 중 내 부 의장부품과의 머리 충격에 대한 연구가 활발히 이루어졌다. 이는 차량의 충돌에 의한 사고 발생 시 승객의 2차 충돌에 의해 치명적인 상해가 발생될 가능성이 큰 부품이기 때문이다. 실제로 미국의 NHTSA(National Highway Traffic Safety Administration) 통계에 따르면 연간 3,000,000명 이상이 교통사고에 의해 상해를 입 으며, 이들 중 약 42,000명이 사망하는 것으로 보고하고 있다. 이러한 교통사고 사 상자 중 대부분의 상해가 필라 트림(pillar trim), 전후면 헤드라인(front & rear headline) 과 같은 내부 의장부품과의 머리 충격에 의해 발생한다고 추정하고 있다. 이는 측 면충돌 사고 발생 시 1차 충돌에 의한 충격보다 승객과 내부 의장부품 사이의 2차 충돌에 의한 상해가 더욱 치명적이라는 것을 의미하며, 이의 원인으로서 측면충돌 은 정면충돌에 비해 에너지를 흡수할 수 있는 구조물과 공간이 적고, 승객과 차량 사이의 공간도 제한되어 있기 때문이다. 따라서 세계 각국은 이러한 내부 의장부품 의 설계에 관한 법적인 규제를 강화하고 있으며, FMVSS(Federal Motor Vehicle Safety Standard) 201에서는 FMH(Free Motion Headform)를 내장부품에 15 mph(24.1 km/h)의 속 도로 충돌시켰을 때 머리 상해치(Head Injury Criteria; HIC) 값이 1,000을 초과하지 못 하도록 규정하고 있다. 국내의 자동차 업계도 승객보호를 위한 내부 의장부품 설계 와 관련하여 많은 연구를 행하고 있지만, 실험에 의한 접근 혹은 단순 반복에 의한 해석기법에 의존하고 있는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 온도의 영향에 의해 기계적 성질이 크게 변화하는 자동차 내장용 플라스틱 부품의 내열변형 예측을 위한 해석기법을 개발하고, 주요 요구성 능인 내열변형 및 충격성능 개선을 위하여 기존의 실험계획법과 반응표면법을 이용 한 근사최적화 기법보다 정확하고 안정적인 순차적 실험계획법과 인공신경망을 이 용한 새로운 최적화 알고리즘을 제안하고자 한다.

체적을 고려한 하이포이드 기어의 최적 설계

이기훈 한양대학교 대학원 2007 국내석사

기어는 오늘날 기계 구동장치의 대부분을 차지하고 있을 정도로 많이 사용되고 있는 기계요소 중 하나이다. 그 중에서 하이포이드 기어는 두 축이 평행하지도 교차하지도 않는 형태를 가지고 있고 다른 기어장치에 비하여 고감속이 가능하고 여러 좋은 성능을 가진다. 그러나 하이포이드 기어의 설계 및 강도평가는 하이포이드 기어의 특정한 공작기계 생산업체(Gleason Works등)에 의존하고 있는 실정이다. 이는 하이포이드 기어의 설계 및 강도평가가 복잡하고 어렵기 때문이다. 이러한 문제점을 해결하기 위한 방법 중에 하나로 현재의 설계 및 강도평가의 문제점을 보완하고 설계 자동화를 할 수 있는 프로그램의 개발이 필요한 실정이다. 하이포이드 기어장치의 강도를 만족하며 소형화(경량화)하는 설계 프로그램의 개발에 연구의 목적을 둔다. 설계 프로그램은 하이포이드 기어의 제원 설계 및 강도 평가 모듈을 가지며, 최적 설계는 유전 알고리즘을 사용한 최적화 기법을 도입하고, 복잡한 구속조건을 가진 본 문제를 구속조건이 없는 문제로 변환하기 위해 벌칙함수법을 사용하였다. 개발된 설계 프로그램의 평가를 위해 현재 사용하고 있는 중장비용 액슬의 하이포이드 기어장치를 대상으로 선정하여, 최적 설계 결과를 기존의 하이포이드 기어장치와 비교·평가하여 프로그램의 타당성을 검증하였다. 본 연구에서 개발한 하이포이드 기어장치 설계 프로그램은 설계 과정을 자동화하여 상당한 시간과 비용을 줄일 수 있으며 설계자가 요구하는 강도 및 소형화를 만족시키는 하이포이드 기어장치의 설계에 유용하게 사용될 것으로 기대한다. Nowadays, the gear is one of popular using elements being used in the mechanical driving system. The hypoid gear has a shape that is not parallel and doesn't intersect. Compared with other gear types, the hypoid gear has advantage for the high reduction ratio and compactness. The geometry design and strength evaluation of the hypoid gear depend on the machine tool of specific production companies because the geometry design and strength evaluation of the hypoid gear are complex and difficult. It is necessary to develop the design program for solving the aforementioned problems of hypoid gear train. This dissertation is focused on the development of the design programs to satisfying the geometry and strength of a hypoid gear through optimization technique using the genetic algorithm. The genetic algorithm is designed to optimize a method for minimizing volumes. Also, It is to find the optimum dimension of a hypoid gear using exterior penalty function method to solve the complicated constraints. The existing design of hypoid gear in the forklift truck axle is compared with results of developed optimum design programs. Finally, it is performed by minimizing volumes. From these results, it can be conducted that proposed volumes-objective function can be used very effectively at the preliminary design phase of hypoid gear train and time and cost of the practical design process are reduced considerably. Moreover, optimization programs can be used as a helpful tool to the expert designer and the designer who has insufficient experience for the hypoid gear drive design.

최적화 기법을 이용한 동력전달용 웜 기어의 설계법에 관한 연구

백제협 漢陽大學校 大學院 1993 국내석사

보강된 복합적층 패널의 좌굴해석 및 최소중량화 설계 연구

윤희중 國民大學校 2005 국내박사

본 논문에서는 직사각형(Rectangular) 또는 T형(T-shaped) 단면의 보강재로 보강된 복합적층 패널(stiffened laminated composite panel)에 축압축 하중이 작용하는 경우, 국부후좌굴(local postbuckling)을 고려한 좌굴하중계수를 유한차분에너지법(FDEM, Finite Difference Energy Method)에 의하여 산정하고, 좌굴에 대한 최소중량화설계를 유한차분에너지법과 비선형 탐색 최적설계기법인 ADS(Automated Design Synthesis)에 의하여 수행하였다. 본 논문에서는 복합소재인 Carbon/Epoxy USN125 prepreg로 되어 있고, 4변이 단순지지 된 복합적층 평패널 및 원통형패널에 축압축 하중이 작용하는 경우, 좌굴해석 및 좌굴에 대한 최소중량화설계를 평패널인 경우는 종횡비(L_(1)/L_(2)) 그리고 원통형패널인 경우는 길이대 반경비(L/R)의 변화에 따라 각각 수행하였다. 본 논문의 최소중량화설계 해석에서는 먼저 단순설계에 의한 국부좌굴 및 전체좌굴 하중계수를 각각 산정하고, 시험모의 과정으로 한 개의 보강재가 부착된 패널 모듈에 대한 변형형상을 구한 다음, 단순설계에서 구해진 좌굴하중계수를 입력데이터로 활용, 좌굴에 대한 최소중량화설계 해석을 수행하여 목적함수(objective function)인 최소중량과 최소중량화설계 변수를 각각 산정하였다. 또한, 설계변수에 대한 설계여유(design margin)를 구하여 설계민감도해석(design sensitivity analysis)을 수행하고, 최소중량화설계에 따른 좌굴모드 형상 등을 구하여 최소중량화설계에 대한 타당성을 검토하였다. 본 논문은 축압축하중이 작용하는 보강된 복합적층패널의 좌굴에 대한 최소중량화설계해석 예로부터 목적함수인 최소중량은 국부후좌굴을 고려한 경우가 고려하지 않은 경우보다, 원통형패널인 경우는 평패널인 경우보다, 그리고 T형 단면 보강재로 보강된 경우는 직사각형 단면 보강재로 보강된 경우보다 모두 더 작은 값을 나타내었으며, 따라서 각각 전자의 경우가 후자의 경우보다 최소중량화설계에 더 효과적임을 알 수 있었다. In this study, stiffened laminated composite panels under the axial compressive load is studied. These composite panels are stiffened with rectangular or T-shaped stiffeners. The buckling load factors with local postbuckling permitted, are obtained by Finite Difference Energy Method (FDEM). In addition, the minimum weight design analyses are carried out by FDEM and Automated Design Synthesis (ADS). In this study, the compound material of laminated composite panel is made from Carbon/Epoxy USN125 prepreg. For the boundary condition, simple support is applied on four edges. In case of the flat panel, minimum weight design analyses are carried out by the changes of L/R for cylindrical panel, and L_(1)/L_(2) for the flat panel. This minimum weight design analyses are constructed with various processes such as the simple design process, in which buckling load factors are obtained. There is also a minimum test simulation process. Here, the deformed shapes for panel modules with axial stiffeners are obtained. Next, the minimum weight and panel weight design variables are identified. This is done by carrying out the minimum weight design analysis, which is for buckling load factors included as inputs. The entire validity consideration process is based on a minimum weight design analysis. Also, a design "sensitivity analysis" is peformed by obtaining design margins of the design variables. Subsequently, the buckling mode shapes are obtained by buckling and minimum weight analyses.

창의적 설계를 기반으로 한 기계구조 자동설계 시스템

전진완 국민대학교 대학원 2003 국내석사

기계부품을 설계하는 과정은 설계와 해석, 평가가 반복되는 과정을 거친다. 본 논문에서는 컴퓨터를 이용한 지능형 시스템을 이용하여 설계의 성능과 효율을 증대시키기 위해서 창의적 설계라는 방법을 소개한다. 본 논문에서는 인공생명(Artificial Life : AL)과 유전자 알고리즘(Genetic Algorithms : GA)의 개념을 이용해 새로운 인공의 생명체를 설계한다. 따라서, 설계 대상은 자연의 진화를 기본으로 두고 출발을 하기 때문에 반복을 거치면서 진화를 거듭하게 된다. 이 과정에서 선택(selection)과 재생산(reproduction)을 통해 더욱 다양한 설계 작업을 이루어 낼 수 가 있다. 본 논문에서는 자연계에서 진화를 하는 세포들을 대신해 ECB(Elementary Cell Block)라는 새로운 빌딩블럭을 제시한다. 바로 이들이 설계 대상의 가장 기본적인 요소들을 이루는 것이다. 본 논문에서는 이들을 대상으로 사례연구로서 gear system의 설계를 보이고자 한다. In mechanical design, design process is mainly composed of design, explanation and evaluation. In this paper, Using an intelligent system(Artificial Life(AL) and Genetic Algorithms(GA)), Creature design is introduced as new design process. This method promote the efficiency and power of design. Due to the known characteristics of the stage, the approach basically involves a synthetic design method with the composition of building blocks representing the elements of mechanical objects. In order for the building blocks to be more suitable for representation and evolution of mechanical structures, Elementary Cell Blocks(ECBs) are introduced as new building blocks. A new Darwinian evolution process for the new building blocks is also necessarily involved in the approach. We have demonstrated the implementation of the approach with the design of gear systems.