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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 이석순
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 경상대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수34
이 논문의 연구 히스토리 (2)
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최근 자동차 산업에서 연비, 차량 성능 향상을 위해 차량 경량화 개발이 가장 중요한 이슈다. 본 논문에서는 무게와 강성을 고려하여 차량 안전 벨트의 설계 및 부착을 최적화하는 방법을 제안한다. 그리고 최적화된 안전 벨트의 인장강도와 진동 및 부착물의 구조적 안정성을 검증하는 방법을 제안한다.
논문의 주요 연구 내용과 방법은 다음과 같다.
1) 최적설계의 목적함수를 선택하기 위해, 안전벨트를 구성하는 부품의 우선순위를 결정하고 부품의 특성에 따라 무게와 강성에 대한 최적설계를 위한 목적함수를 정의한다. 또한 제한조건은 응력, 변위, 고유 주파수로 정의된다. 그리고 기존 모델을 참고하여 구조적 안정성에 유리하다고 여겨지는 초기 모델을 설계한다. 비설계 영역과 설계 영역으로 분할한 후 형상 및 치수를 변경할 수 있는 설계 요인을 통해 최적설계를 수행한다.
2) 단일 목적함수의 최적 설계는 각 부분의 특성에 따라 최적설계의 방법으로 결정하여 수행한다. 이 방법에는 이론과 FEM을 이용한 민감도 분석을 통한 최적설계방법, DOE를 이용한 치수 최적설계방법, 위상 최적설계방법이 있다.
3) 다중 목적함수의 최적 설계는 절충법과 가중치법으로 최적해를 얻을 수 있다. 그러나 이것들의 최적해를 찾기는 쉽지 않다. 그래서 우리는 목적함수를 정규화하여 유토피아점(utopia point)과 최악점(nadir point)을 잇는 기준 가이드라인(SGL, Standard Guide-Line)을 적용한 가중치법을 제안한다. 그리고 이 3가지 최적 설계 방법에 대해 정확성과 신뢰성에 대해 분석한다.
4) 최적화 설계된 시트벨트의 구조적인 안전성을 검증하기 위해 효과적인 방법을 다음과 같이 제안한다. 첫 번째로는 시트벨트의 정적 인장강도 결과를 가설 검증에 따른 통계적 분석법을 통하여 비교 검증한다. 두 번째로 모드 해석을 통하여 고유진동수와 모드 형상을 분석하고 과도응답해석과 차량 조건의 시험 평가를 통하여 외부 하중에 대한 응답 주파수를 분석한다. 최종적으로 시험실의 소음 평가를 통하여 진동특성을 검증한다.
그 결과, 시트벨트 리트랙터와 연결 부착구의 중량 및 강성을 위해 최적설계하였으며, 목적함수의 개수에 따라 최적화 설계 방법을 다르게 진행하였다. 다중 목적함수의 경우는 기존의 가중치법의 문제점의 개선 방안으로 기준 가이드라인을 적용한 방법으로 최적해를 찾는 것에 대하여 제안하였고 정확도가 3% 이내임을 확인하였다. 그리고 기존 디자인보다 무게가 18% 경량화된 것을 확인하였다. 최적화된 모델의 정적 인장 강도가 평균 6% 증가했음을 검증하였고 가설 검증에 따라 2-sample t test를 실시하였다. 또한 최적화된 모델의 고유 주파수(96 Hz)가 입력 주파수(30 Hz)보다 3배 높았으며, 차량 조건의 과도 응답 해석 및 차량조건의 시험에서 최적화 모델이 100 Hz 이하의 외부 부하에 반응하지 않은 것으로 확인되었다.
논문의 주요 연구 내용과 방법은 다음과 같다.
1) 최적설계의 목적함수를 선택하기 위해, 안전벨트를 구성하는 부품의 우선순위를 결정하고 부품의 특성에 따라 무게와 강성에 대한 최적설계를 위한 목적함수를 정의한다. 또한 제한조건은 응력, 변위, 고유 주파수로 정의된다. 그리고 기존 모델을 참고하여 구조적 안정성에 유리하다고 여겨지는 초기 모델을 설계한다. 비설계 영역과 설계 영역으로 분할한 후 형상 및 치수를 변경할 수 있는 설계 요인을 통해 최적설계를 수행한다.
2) 단일 목적함수의 최적 설계는 각 부분의 특성에 따라 최적설계의 방법으로 결정하여 수행한다. 이 방법에는 이론과 FEM을 이용한 민감도 분석을 통한 최적설계방법, DOE를 이용한 치수 최적설계방법, 위상 최적설계방법이 있다.
3) 다중 목적함수의 최적 설계는 절충법과 가중치법으로 최적해를 얻을 수 있다. 그러나 이것들의 최적해를 찾기는 쉽지 않다. 그래서 우리는 목적함수를 정규화하여 유토피아점(utopia point)과 최악점(nadir point)을 잇는 기준 가이드라인(SGL, Standard Guide-Line)을 적용한 가중치법을 제안한다. 그리고 이 3가지 최적 설계 방법에 대해 정확성과 신뢰성에 대해 분석한다.
4) 최적화 설계된 시트벨트의 구조적인 안전성을 검증하기 위해 효과적인 방법을 다음과 같이 제안한다. 첫 번째로는 시트벨트의 정적 인장강도 결과를 가설 검증에 따른 통계적 분석법을 통하여 비교 검증한다. 두 번째로 모드 해석을 통하여 고유진동수와 모드 형상을 분석하고 과도응답해석과 차량 조건의 시험 평가를 통하여 외부 하중에 대한 응답 주파수를 분석한다. 최종적으로 시험실의 소음 평가를 통하여 진동특성을 검증한다.
그 결과, 시트벨트 리트랙터와 연결 부착구의 중량 및 강성을 위해 최적설계하였으며, 목적함수의 개수에 따라 최적화 설계 방법을 다르게 진행하였다. 다중 목적함수의 경우는 기존의 가중치법의 문제점의 개선 방안으로 기준 가이드라인을 적용한 방법으로 최적해를 찾는 것에 대하여 제안하였고 정확도가 3% 이내임을 확인하였다. 그리고 기존 디자인보다 무게가 18% 경량화된 것을 확인하였다. 최적화된 모델의 정적 인장 강도가 평균 6% 증가했음을 검증하였고 가설 검증에 따라 2-sample t test를 실시하였다. 또한 최적화된 모델의 고유 주파수(96 Hz)가 입력 주파수(30 Hz)보다 3배 높았으며, 차량 조건의 과도 응답 해석 및 차량조건의 시험에서 최적화 모델이 100 Hz 이하의 외부 부하에 반응하지 않은 것으로 확인되었다.
목차
제 1 장 서 론 11.1 연구 배경 11.2 연구 동향 41.3 연구 목적 및 내용 6제 2 장 이론적 배경 82.1 최적화 설계 개념 82.2 단일 목적함수의 최적화 기법 이론 102.2.1 단일 목적함수의 최적화 기법 102.3 다중 목적함수의 최적화 기법 이론 112.3.1 다중 목적함수의 최적화 기법 112.3.2 다중 목적함수의 최적화 용어 정의 132.3.3 가중치법 162.4 시트벨트 구성의 정의 172.4.1 시트벨트 구성 172.4.2 프리텐셔너 리트렉터 18제 3 장 설계 인자에 대한 최적화 설계 213.1 설계 최적화 문제의 정식화 213.2 시트벨트의 최적화 설계 223.2.1 단일 목적함수의 최적화 설계 223.2.2 다중 목적함수의 최적화 설계 343.2.3 시트벨트의 최적화 설계결과 53제 4 장 최적화 설계에 대한 검증 544.1 정적 인장강도에 대한 검증 544.1.1 정적 인장강도의 검증 기준 544.1.2 정적 인장강도의 검증 결과 564.1.3 정적 인장강도의 검증 결과 비교 분석 594.2 진동특성에 대한 검증 634.2.1 모드 해석 634.2.2 과도응답해석 654.2.3 차량 조건에서의 진동 시험 704.2.4 시험실 조건에서의 진동소음시험 78제 5 장 결 론 80
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