기계부품의 설계는 초기 설계, 해석, 성능 평가의 반복 과정을 통하여 수행된다. 설계자는 각 과정에서 특성에 맞는 프로그램을 사용하고 있다. 본 연구에서는 순차 설계 영역을 이용한 형상최적화를 수행하였다. 순차 설계영역의 근사함수를 구하기 위하여 Pro/Engineer 와 ANSYS 실행의 자동화를 수행하였다. 전체 설계영역을 근사식으로 표현하기에는 어려움이 있다. 정확도가 높은 근사식을 만들기 위하여 순차설계영역을 설정하여 각 단계에서 수렴한 해로 이동량을 결정하고, 두 번 연속하여 순차설계 영역에 존재하면 수렴조건을 만족하는 것으로 하였다. 각 단계의 해는 순차이차 계획법인 PLBA(Pshenichny-Lim-Belegundu Arora)알고리즘을 이용하여 구하였다.

외줄낚시에 대한 대문어의 조획기구를 알아내고, 낚시를 개량하기 위하여 수조에서 외줄낚시어구에 대한 대문어의 행동패턴을 비디오카메라로 관찰 조사하였다. 대문어는 돌진하거나 천천히 유영하며 미끼를 잡았다. 돌진할 때에는 두개의 팔로 미끼를 잡은 후 약간 뒤로 물러서서 정지하였고, 천천히 접근 할 때는 한 개의 팔로 미끼를 잡은 후 그 자리에 정지하여 섭이하는 행동을 보였다. 조획은 약간 뒤로 물러서서 섭이할 때보다 그 자리에 정지할 때가 많았다. 평균 체중 1kg의 대문어가 정어리, 대문어, 돼지비계 등을 전량 섭이하는데 소요되는 시간은 각각 1~30분 , 10~50분 , 50분~1시간 이상으로서 미끼의 육질이 질길수록 대문어가 미끼를 섭이하는데 장시간 소요되었다. 조획성능에서는 낚시의 채가 긴 A형낚시보다 채가 짧은 B형낚시가 양호하였으나 어체로부터 낚시를 탈락시키는 데는 B형낚시보다 A형낚시가 용이하였다.

형상 최적설계 중에 발생하는 절점의 과도한 이동은 요소망을 왜곡하고, 결국 최적해의 저하를 유발한다. 이러한 문제를 개선한 형상 최적설계 기법을 개발하였다. 이 방법은 구조물의 형상이 변해 갈 수 있는 충분한 공간의 설계 영역을 정하여, 균일하고 세밀한 요소망을 미리 생성한다. 각각의 최적화 단계마다 모든 요소들과 구조물의 위치 관계를 검사하여, 내부의 요소에는 실제의 물성치를 부여하고, 외부에 존재하는 요소는 0에 가까운 물성치를 부여한다. 변위와 고유 진동수의 제한조건을 가진 두 개의 예제를 통해 이 방법의 특징을 살펴보았다.

The objective of this study is the development of size, shape and topology discrete optimum design algorithm which is based on the genetic algorithms. The algorithm can perform both shape and topology optimum designs of trusses. The developed algorithm was implemented in a computer program. For the optimum design, the objective function is the weight of trusses and the constraints are stress and displacement. The basic search method for the optimum design is the genetic algorithms. The algorithm is known to be very efficient for the discrete optimization. The genetic algorithm consists of genetic process and evolutionary process. The genetic process selects the next design points based on the survivability of the current design points. The evolutionary process evaluates the survivability of the design points selected from the genetic process. The efficiency and validity of the developed size, shape and topology discrete optimum design algorithms were verified by applying the algorithm to optimum design examples

형상 최적설계에서 절점의 재배치 및 형상 민감도 계산은 많은 노력이 필요하다. 본 연구에서는 구조물의 형상을 Bezier 곡선을 이용하여 표현하고, 민감도 계산을 위하여 개선된 직접미분법을 이용한다. 그리고, 절점의 재배치에는 변위장을 수정한 속도장을 이용한다. 또한, 본 연구에서는 자중을 고려한 외팔보와 3차원 저널베어링을 수치예제로 선택하여 본 연구의 기법들을 적용한 형상 최적설계를 해석한다.

겨울철 온실의 기본적인 열에너지원인 일사를 최대한 확보하도록 하는 은실의 지붕형상을 결정하기 위해 유전알고리즘 및 광투과율 전산모델을 이용한 최적화기법을 이용하여 설치지역, 피복재료특성, 온실의 기본치수등이 주어졌을 때 지붕경사각, 경간폭비의 최적조합을 결정할 수 있도록 하는 최적설계를 수행하였다. 수원지방에 위치한 경간폭 6m의 2연동 동서동 온실 및 단동 온실을 가정하여 최적화를 수행한 결과 경사각, 폭비 순으로 2연동, 단동 온실에 대해 각각 40.861≒40 。 / , 0.4806≒0.5, 37.490≒37 。 / , 0.7748≒0.78의 결과를 얻을 수 있었다. 광투과율 문제를 예로 적용해 본 결과 직접 전산모델을 호출하여 최적화를 수행하는 유전알고리즘의 기법은 온실환경의 해석을 위해 연구되어온 다양한 분야의 전산모델들을 종합적인 온실의 최적설계에 활용하도록 하는데 유용한 기법이 될 것으로 판단되었다.판단되었다.

옥돔의 조획 기구를 알아내고, 낚시를 개량하기 위해서 수조 중에서 옥돔의 연승어구에 대해 반응 행동을 비디오 카메라로 관찰 조사하였다. 옥돔은 물살을 거슬르면서 해저 위를 천천히 유영하며 미끼에 접근하였고, 미끼를 물때에는 불완전하게 무는 경우가 많았으며, 미끼를 문 후에는 천천히 뒤로 유영하면서 아릿줄이 당겨지면 미끼를 내뱉는 등의 완만하고 주의 깊은 행동을 보였다. 대부분의 조획은 미끼를 깊이 삼킨 후에 옥돔이 Rush 또는 Jerk 행동을 할 때 되었고, 조획과 관계 깊은 행동연쇄는 Chewing→Jerk 또는 Chewing→Rush였다. 현장시험에서 채가 긴 낚시가 조획성능이 매우 낮았고, 채가 짧은 낚시에는 조획성능도 양호하고 조획된 부위가 깊었던 것을 고려하면 옥돔은 낚시를 깊이 삼켜야만 조획이 가능하므로 조획성능만을 생각하면 낚시의 형상은 낚시 채가 짧으며 끝이 안으로 굽어 있는 형상이 적합하다. 본 연구에서 제안하는 낚시 형은 조획성능을 위한 조건을 만족하면서도 기계화 조업도 가능한 절충형의 구조이다.

전미분 개념과 보조변수식을 사용하여 한 평면상에 투영할 수 없는 일반 형상의 축대칭 쉘 구조물에 대한 형상 설계민감도 해석방법을 개발하였다. 이 방법의 기본 개념은 대상 구조물을 여러 구간으로 나눈후, 각 구간마다에 얕은 아치나 축대칭 쉘에 사용되는 설계민감도 식을 적용하는 것이다. 그러나 기존의 설계민감도식은 투영면에 수직한 방향의 변분에 관한 것이기 때문에 각 구간 사이의 연속성을 유지하기가 곤란하므로, 이식을 확장하여 곡면의 법선 방향 변분에 관한 민감도 식을 유도하였다. 또한 개발된 방법을 원자력발전소 부품의 최적설계 문제에 적용하여 봄으로써 그 타당성과 유용성을 보였다.

3차원 자유형상 구조물인 선박, 비행체, 자동차 등의 최적형상 결정에 관한 구조해석을 위해서는 원하는 설계조건을 만족시키는 범위내에서 자유형상 구조물의 다양한 형상의 정의와 비교가 필요하다. 본 연구에서는 형상계수를 이용한 3차원 자유형상 구조물의 정의와 체계적인 변화 및 구조해석을 위한 기하학적 형상정보의 도출을 시도하고, 이의 검증을 위해 선정한 자유형상 모델을 통해 이 방법의 유용성을 조사했다.

This paper proposes a hand-controller mechanism for manually controlled endoscopic surgical instruments. A wire-driven mechanism is typically adapted for endoscopic surgical tools because motors cannot be embedded to the joints due to the size limitation. The wire-driven mechanism requires length control of wires that are pulled and released according to the desired joint angle. It is difficult for the operator to control individual wire lengths intuitively. The hand-controller mechanism should be able to control the wires easily without complex processes. For this purpose, we propose a mechanism that can control the wire lengths with a simple mechanical structure and its optimal design method using genetic algorithm. We show the simulation and experimental results to confirm the proposed mechanism and design methods are useful for the manually controlled endoscopic surgical instrument.

For the purpose of increasing slab span, new composite beam with U-shaped compression element consisting of channel and concrete has been developed. Strength design procedures of the composite beam against construction and permanent loads have been proposed. Using these procedures, it is possible to design consistently of the developed composite beam.

In this research, new structural design and manufacturing method of atypical irregular UHPC structural members were newly introduced. The atypical irregular UHPC member was optimized to design from the conventional rectangular section and a method of nonuniform formwork system was newly created to manufacture the irregular member. The specimens were evaluated by analysis and the newly designed member was improved in bending performance by 2.6 times compared to conventional rectangular concrete beams.

이 연구에서는 SC 전단벽의 전단 연결재인 스터드의 배치와 형상이 SC 전단벽의 거동에 미치는 영향을 살펴보기 위해 전단벽체가 전단력과 축하중을 받을 때의 거동을 해석적으로 검토하였다. 이를 위해 서로 다른 형상과 배열의 스터드가 배열된 SC 전단벽을 대상으로 유한요소해석을 수행하였다. 스터드의 간격이 과하게 떨어져 있을 경우 합성거동이 완벽하게 작용하지 못하며 강판이 설계곡선의 2차 항복 전단력 보다 적은 하중에서 항복함을 확인하였다. 스터드의 형상은 일반형 스터드뿐만 아니라 개선된 경사형 스터드도 전단거동에 큰 차이를 나타내지 않았고, 스터드의 간격이 합성거동에 영향을 미침을 확인하였다. 또한 이 연구를 통하여 경사형 스터드가 일반형 스터드에 비해 좌굴을 제어하는데 효과가 있음을 확인하였다.

보로 인한 상류부분 유속의 감소로 인해 보의 직상류 부분에 토사물이 퇴적되며 홍수시 수위가 증가하는 원인이 되어 치수 안정성을 저해하고 토사물의 퇴적과 함께 오염 물질도 같이 퇴적되어 수질 악화를 야기할 수 있다. 이러한 보의 단점을 개선하기 위해 본 연구에서 경사형, 슬롯형, 역쐐기 천공형 유사배제 래버린스 보를 제안하였다. 각각의 제안된 보의 수리학적 설계인자 도출을 위해 FLOW-3D를 이용하여 수치실험을 수행하였다. 역쐐기 천공형 래버린스 보의 경우 천공의 영향인자인 단면적, 천공갯수, 직경, 천공높이를 변화시키면서 동일 유량조건에서 수치실험을 수행하였다. 천공의 단면적은 월류고가 기존의 일반형 래버린스 보의 월류 수심보다 보다 10 % 이하로 감소하는 경우에는 수심유지효과가 확보되는 것으로 판단하여 천공의 지름을 결정하였다. 이 결과를 이용하여 슬롯형 유사배제 래버린스 보의 설계인자도 도출하였으며 수심이 10 %이상 감소하도록 설계하여 홍수시 치수안전성을 증가시킬 수 있도록 하였다. 또한, 유사배제효율을 확인하기 위해 보의 상류부분에 particle 형태의 유사를 유입하여 배제효과를 확인하였으며 유입유사 조건은 수리실험에서 주로 사용하는 주문진 표준사조건(d_50 =0.56 mm, σ_g = 1.48)을 적용하였다. 바닥부에서의 난류로 인한 유사배제율 변화를 확인하기 위해 천공의 간격과 높이를 변경하면서 수치실험을 수행하여 유사배제율이 최대가 되는간격과 높이를 도출하였다. 경사형 유사배제 래버린스 보의 경우에도 동일한 흐름 및 유사조건으로 수치모의를 수행하였으며 바닥의 경사를 변화시키면서 경사에 의한 유사배제율 변화를 분석하여 유사배제율이 최대가 되는 경사를 제시하였다. 본 연구에서 도출된 영향인자를 고려하여 유사배제 래버린스 보를 적용하면 기존 보의 단점인 보의 직상류 부분의 유사 퇴적 문제를 일정부분 해소하고 유사연속성을 증가시켜 생태건강성을 향상시킬 수 있을 것으로 판단되며 유사배제 래버린스 보의 활용성을 높일 수 있을 것이라 기대된다.

In nature, many small insects are using jumping as a survival strategy. Among them, fleas jump in a unique method. They use an elastomer, 'Resilin’, an extensor muscle and a trigger muscle. By contracting the extensor muscle, the elastic energy, that makes a flea to jump, is stored in the resilin. After storing energy, the trigger muscle begins contracting and pulling the extensor muscle. When the extensor muscle crosses the rotational joint, direction of torque generated from the extensor muscle reverses, ‘torque reversal mechanism’. Simultaneously, the elastic energy stored in the resilin releases rapidly and is converted into the kinetic energy. It makes a flea to jump 150 times its body length. In this paper, miniaturized jumping robot using flea-inspired catapult mechanism is presented. This mechanism is based on the 4-bar linkage and the reversal joint and is actuated by Shape Memory Alloy (SMA) coiled springs describing the flea’s muscle. The robot prototype is fabricated by SCM process using glass fiber prepregs and a sheet of polyimide film. The prototype is 20mm link length, 34mm width and 2.0g weight and can jump 103cm.

It is well-known that when singularities are located within the workspace of the parallel mechanism (PM), the usefulness of its workspace is significantly deteriorated. To handle this problem, we suggest an optimal design method which leads to more useful and larger workspace of the PM by taking its singularity locations into consideration in design process. Kinematic models of three selected planar PMs, a 5R type PM, a 3-RPR type planar PM, and a 3-RRR type planar PM, are derived via screw theory and their singularity analyses are conducted. Then workspace optimal designs for those three PMs are conducted to verify that the suggested design method leads more useful and larger workspace in which deterioration by singularity is minimal.

개구부의 여러가지 형상을 고려한 축하중에 대한 철근 콘크리트 벽체의 극한 강도를 연구하기 위하여 12개의 1/3축소벽체 실험을 수행하고 분석하였다. 벽체실험은 기존의 설계식을 수정하기위하여 구성되었다. 유효좌굴길이가 고려된 실험결과를 이용하여 새로운 실험식이 산출되었다. 이 새로운 설계식은 기존의 실험설계식과 비교하여 제안한다.