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다중-재료를 사용하는 차체 어셈블리의 최적 설계 방법

전문가 제언: ○ 다중-재료(multi-material)는 현미경적으로 미세한 다상이 혼합된 복합재료(composite material)와는 달리 여러 조각의 이질 재료를 하나의 어셈블리로 일체화시킨 조립 구조물을 지칭한다.

○ 최근 유전적 알고리즘(genetic algorithm)의 개념을 이용하여 정하중 문제에 대해 주어진 질량제한 조건 하에서 다중-재료로 구성되는 구조물이 최대의 강성을 갖는 구조라는 것이 제안되었다.

○ 이것은 다중재료로 혼합된 최적 위상을 얻기 위해 구조물에서 낮은 응력을 받는 부분의 요소를 강도가 적은 재료로 변환하고, 변환된 재료 중에서도 더 낮은 응력을 받는 부분의 요소들을 점차 제거해 나가는 개념에 기반을 두고 있다.

○ Xintao Cui 등은 낮은 비용으로 다중-재료 구조를 사용하는 경량 차체 어셈블리를 설계하는 새로운 방법을 제안하고 있다. 자동차 구조의 현재의 구조는 강철 또는 알루미늄 같은 단일 재료에 기초하고 있다.

○ 다중-재료 조립 개념의 원칙은 적당한 재료가 그들의 의도된 기능에 맞게끔 선택하는 것이다. 설계 문제는 분리 및 연속 변수를 포함하고 있는 다목적 비선형 수학 프로그래밍 문제로서 명확하게 기술된다.

○ 분리 변수는 재료 형태이고, 연속 변수는 패널의 두께다. 이 문제는 다목적 유전적 알고리즘을 사용하여 해석된다. 인공 신경 회로망(artificial neural network)은 구속 함수(constraint functions) 수렴 및 유한 요소 운용의 수를 줄이기 위해서 사용된다. 제안된 방법은 자동차 도어 어셈블리의 경량 디자인의 사례 연구를 통해 예시하였다.

○ 자동차 경량화는 자동차 산업에 있어서 초미의 시급한 문제이므로, 자동차 총중량의 40%를 차지하는 차체의 중량을 줄이면서도 강성을 유지하는 것은 엔진 및 동력 전달 부품의 중량을 줄이기에 앞서 추진되어야 할 일이라고 본다.

저자: Xintao Cui, Shuxin Wang, S. Jack Hu
자료유형: 학술정보