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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김진균
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 경희대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수8
이 논문의 연구 히스토리 (2)
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VR과 같은 웨어러블 디바이스 그리고, 고글 및 마스크와 같은 착용형 디바이스는 점점더 다양해지고 있으며, 활용 영역 또한 넓어지고 있다. 그에비해 디바이스의 형상 설계는 전통적인 실험과 통계적 접근법에 의존하며, 일반적인 사용자에게는 적절한 성능을 보일 수 있으나, 신체의 치수가 실험군과 다른 경우 혹은 착용 부위의 변형이 많은 예외적 상황에서는 적용하기 어려움이 있다.
이번 연구는 위에서 설명한 단점들을 Finite Element Method를 설계프로세스에 적용하여 해결하고자 하였다. 마스크를 대상으로 연구하였으며, FEM은 마스크 착용시 발생하는 압력을 얻기 위해 사용되었다. 접촉 계산으로 얻은 압력 분포는 특정 마스크 형상에서만 가질 수 있는 물리적 특성 정보로 볼 수 있고, 압력 분포가 어떤 값을 가지는지에 따라 어떤 마스크가 가장 좋은 형상인지 판단할 수 있다. 따라서, 압력 분포에 대한 최적 기준을 설정하고, 마스크 형상에 파라메트릭 스터디를 수행하여, 기준에 맞는 최적의 형상을 얻을 수 있었다.
FEM에서 접촉 계산은 수많은 반복계산으로 인해 계산 시간을 증가시키는 주요인이다. 기존의 계산 방법으로 적절한 시간내에 결과를 도출할 수 없음으로 계산시간을 감소시킬 필요가있다. 효율적인 계산을 위해 얼굴과 마스크의FEmdel의 축소와 접촉에 대한 가정, 축소모델링을 적극 활용하였으며, 기존에 비해 2% 수준으로 축소된 강성 매트릭스를 통해 81개의 마스크 압력 분포를 계산하느데 5분 이내에 계산을 완료하였다. 이번 연구를 통해 제안한 프로세스는 마스크에 대한 초기 형상과 얼굴에 대한 형상 정보만 있다면, 압력 정보를 계산 가능하므로 충분히 기존 설계 프로세스를 대체할 수 있고, 빠르게 최적의 결과를 얻을 수 있다.
이번 연구는 위에서 설명한 단점들을 Finite Element Method를 설계프로세스에 적용하여 해결하고자 하였다. 마스크를 대상으로 연구하였으며, FEM은 마스크 착용시 발생하는 압력을 얻기 위해 사용되었다. 접촉 계산으로 얻은 압력 분포는 특정 마스크 형상에서만 가질 수 있는 물리적 특성 정보로 볼 수 있고, 압력 분포가 어떤 값을 가지는지에 따라 어떤 마스크가 가장 좋은 형상인지 판단할 수 있다. 따라서, 압력 분포에 대한 최적 기준을 설정하고, 마스크 형상에 파라메트릭 스터디를 수행하여, 기준에 맞는 최적의 형상을 얻을 수 있었다.
FEM에서 접촉 계산은 수많은 반복계산으로 인해 계산 시간을 증가시키는 주요인이다. 기존의 계산 방법으로 적절한 시간내에 결과를 도출할 수 없음으로 계산시간을 감소시킬 필요가있다. 효율적인 계산을 위해 얼굴과 마스크의FEmdel의 축소와 접촉에 대한 가정, 축소모델링을 적극 활용하였으며, 기존에 비해 2% 수준으로 축소된 강성 매트릭스를 통해 81개의 마스크 압력 분포를 계산하느데 5분 이내에 계산을 완료하였다. 이번 연구를 통해 제안한 프로세스는 마스크에 대한 초기 형상과 얼굴에 대한 형상 정보만 있다면, 압력 정보를 계산 가능하므로 충분히 기존 설계 프로세스를 대체할 수 있고, 빠르게 최적의 결과를 얻을 수 있다.
목차
국 문 요 약 ⅰList of Figure ⅳList of Table ⅵ제1장 서론 11.1 연구 배경 11.2 FEM 기반 디자인 및 설계 과정 21.3 기존 연구 4제2장 Finite Element Modeling 52.1 Face Finite Element Modeling 52.1.1 Point Cloud 52.1.2 Template registration 62.1.3 Generation of mask nodes 82.1.4 Finite Element Method 122.2 Face ? mask contact analysis 162.2.1 Contact assumption 162.2.2 Contact modeling 172.2.3 Non matching problem 202.2.4 Static condensation 222.2.5 Contact node selection 252.2.6 Nodal pressure 27제3장 Optimum design 283.1 Optimum design criteria 283.2 Optimum design process 29제4장 Parametric study 314.1 Mask analysis 314.1.1 8 Reference point case analysis 314.1.2 12 Reference point case analysis 334.2 Optimal mask analysis 35제5장 결론 및 향후 연구 425.1 결론 425.2 향후 연구 435.2.1 웨어러블 디바이스의 변형 및 최적 형상 계산 435.2.2 실험을 통한 FE model 정확도 향상 및 적절한 요소 사용 445.2.3 최적화 기법의 적용 445.2.4 다수의 사람에게 최적화된 형상 해석 45참 고 문 헌 46Abstract 48
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