본 논문에서는 경사기능재료(Functionally Graded Material, FGM) 개념과 위상최적설계 방법을 통해 3차원 경사기능복합재 구조 (Functionally Graded Composite Structure, FGCS)의 설계 방법을 제안한다. 다중 스케일 복합재 구조 설계 시 이방성 재료 물성치의 계 산은 RVE 기반 ML 모듈과 단위 사원수를 활용한 회전 행렬 계산을 통해 수행된다. 또한, 본 연구에서는 다양한 물리적 환경을 설계 에 반영하기 위해 구조물의 강성과 함께 고유진동수를 목적함수로 설정한 다중 목적함수 최적설계를 수행하여 구조물의 최적화 형 상과 성능을 분석한다.

This study proposes a design methodology for three-dimensional functionally graded composite structures (FGCSs) by integrating the concept of functionally graded materials (FGMs) with a topology optimization framework. For the design of multiscale composite structures, anisotropic material properties are evaluated using a representative volume element (RVE)–based machine learning module, combined with rotation matrix calculations based on unit quaternions. In addition, a multi-objective optimization is performed with structural stiffness and natural frequency as objective functions to evaluate the optimized structural configurations and their performance under diverse physical environments. The proposed approach enables systematic design of FGCSs with enhanced stiffness and dynamic characteristics.

Abstract
1. 서 론
2. RVE 기반 ML 모듈 제작
    2.1 RVE 기반 단위 구조의 재료 물성치 계산
    2.2 단위 구조의 재료 물성치 예측 모델 제작
    2.3 단위 구조의 회전에 따른 재료 물성치 계산
3. 최적화 문제의 정식화
    3.1 위상최적설계 문제의 정식화
    3.2 컴플라이언스 최소화 문제
    3.3 이중 목적함수 위상최적설계 문제
4. 수치 예제
    4.1 단일 목적함수 위상최적설계 문제
    4.2 이중 목적함수 위상최적설계 문제
5. 결 론
감사의 글
References
요 지

• 장학용(연세대학교 기계공학과 석사과정) | Hak-Yong Jang (Graduate Student, Department of Mechanical Engineering, Yonsei University, Seoul, 03722, Korea)
• 유정훈(연세대학교 기계공학과 교수) | Jeonghoon Yoo (Professor, Department of Mechanical Engineering, Yonsei University, Seoul, 03722, Korea) Corresponding author