최근 토목공학 분야 내 현장조건을 구현할 수 있는 스마트 건설 기술의 요소기술로서 3D 프린팅 기술의 적용 분야 가 확대되고 있다. 센서기술의 보조도구, 모듈러 시공상 적용 등으로 다양하게 활용되고 있는 가운데 3D 프린팅 기술을 단순 부재 제작이 아닌 각각의 부재들이 최대 성능을 발휘할 수 있는 최적설계 도출 방안으로 활용하고자 한다. 이를 위해 3D 프린 팅 재질인 필라멘트를 활용하더라도 신뢰성 있는 최적설계가 도출이 가능한지에 대한 연구가 선행되어야 하며, 이에 본 연구에 서는 지반보강재 중 하나인 지오셀 관련 선행연구 결과와 필라멘트의 물성치가 적용된 해석 결과와의 비교를 통해 재료적 신뢰 성을 검증하고자 한다. 해석 결과, 지오셀 구성요소에 따른 보강성능의 경향이 기존 선행연구 결과와 일치함을 확인하였기에 필 라멘트를 활용하더라고 충분히 신뢰성 있는 최적설계가 도출이 가능할 것이라 판단된다.

Companies are making design changes by improving product quality and function to succeed while meeting customer requirements continuously. Design changes are changing the product BOM's amount, item, specification, and shape while causing a change in the product's structure. At this time, the problem of inventory exhaustion of parts before design change is a big topic. If the inventory exhaustion fails, the pieces before the design change become unused and are discarded, resulting in a decrease in asset value, and the quality cost of the design change affects the company's profits. Therefore, it is necessary to decide to minimize quality costs while minimizing waste inventory costs at the time of application of design changes. According to the analysis, priorities should be prioritized according to urgency because the quantity of items before the design change affects the applied lead time.

현대 사회가 복잡해지고 기술이 진보하면서 하나의 제품을 설계할 때 단일 특성이 아닌 다 특성을 갖는 제품을 설계하는 것이 요구되고 있다. 다 특성 설계 최적화 문제에서는 설계 변수의 최적값이 특성별로 다르게 되는 현상이 발생하고 이에 따라 하나의 특성에 대한 결과값이 좋아지면 다른 특성에 대한 결과값이 나빠지는 경우에 대해서 trade-off가 필요하다. 따라서 다 특성을 갖는 제품 설계 시 각각의 특성에 대한 성능을 최대화할 수 있는 효율적인 설계 방법의 필요성이 중요한 문제로 떠오르고 있다. 다 특성을 갖는 제품을 설계하는 연구는 오래전부터 중요한 문제로 인식되어 왔는데, 단일 특성에 대해 성능을 최대화하며 강건한 설계를 할 수 있는 다구치 기법과 다기준/다특성 의사 결정 방법인 TOPSIS(Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution), GRA(Grey relational analysis), PCA(Principle Component Analysis), Fuzzy Logic System을 통합한 연구들이 진행되어 왔다. 하지만 기존 연구들은 각각의 설계 대안들에 대해 다 특성 결과값에 대한 점수를 통합하여 종합 점수를 비교해 최적의 설계안을 도출할 뿐 설계자의 호감도에 대한 정보는 설계에 반영하지 못한다. 따라서 본 연구에서는 다구치 기법을 기반으로 각각의 특성들에 대한 설계자의 서로 다른 호감도를 함수로써 표현하여 강건성과 함께 설계자의 호감도를 동시에 설계에 반영할 수 있는 방법을 제안한다.

대기오염물질과 온실가스 배출량을 저감 시키기 위한 배기 후처리 장치에 대한 연구는 활발히 진행 중이지만 그 중 선박용 입 자상물질/질소산화물(PM/NOx) 동시저감 장치에서는 엔진에 미치는 배압 및 필터 담체 교체에 대한 문제가 발생하고 있다. 본 연구에서는 PM/NOx를 동시저감 할 수 있는 일체형 장치의 최적 설계를 위해 장치 내부 유동과 입·출구 압력을 통한 배압의 변화를 연구하여 적절한 기준을 제시하였다. Ansys Fluent를 활용하여 디젤미립자필터(DPF) 및 선택적촉매환원법(SCR)에 다공성 매체 조건을 적용하였고 공극률은 30 %, 40 %, 50 %, 60 % 및 70 %로 설정하였다. 또한, 엔진 부하에 따른 Inlet 속도를 경계 조건으로 7.4 m/s, 10.3 m/s, 13.1 m/s 및 26.2 m/s로 적 용하여 배압에 미치는 영향을 분석하였다. CFD 분석 결과, 장치의 입구 온도 보다 입구 속도에 따른 배압의 변화율이 크고 최대 변화율은 27.4 mbar였다. 그리고 모든 경계 조건에서의 배압이 선급 기준인 68 mbar를 초과하지 않았기 때문에 1800 kW 선박에 적합한 장치로 평가 되었다.

실험 계획법을 활용하여 세라마이드가 고함량으로 함유된 수화 액정형 베시클의 입자 사이즈에 영향을 미치는 인자를 분석하고 혼합물 조성의 최적화를 시도하였다. 베시클 입자 사이즈에 영향을 주는 주요 변수로 제조 온도, 에탄올 양, 초음파 시간을 각각 정하고, 다구찌 방법의 S/N비 산출과 ANOVA 분 석을 통해, 이들 변수들이 입자 사이즈에 미치는 영향을 살펴보았다. 또한 혼합물 실험 계획법의 심플렉스 중심 설계에 따라, 베시클 막을 구성하는 세 지질 성분, 인지질(HPC), 콜레스테롤(Chol), 세라마이드(Cer) 의 혼합 조성 실험을 수행하였다. 실험에서 얻어진 데이터로부터 회귀분석을 실시하여 모델식을 구하고, 베시클 입자 사이즈를 최소로 만들기 위한 세 지질 성분의 최적 혼합 조성은 HPC(0.6), Chol(0.1), Cer(0.3)으로 구해졌다.

Most of automobile steering parts are manufactured through the multi-stage cold forging process using round-bar drawn materials. The same process is applied to the ball stud parts of the outer ball joint, and various research activities are being carried out to reduce the extreme manufacturing cost in order to survive in the limitless competition. In this paper, we present a quantitative prediction method for the limiting life of the die as a method for cost reduction in the multi-stage cold forging process. The load on the die was minimized by distributing the forming load based on process optimization through finite element analysis. In addition, based on the quantitative prediction algorithm of the limiting life of the die, the application of the split die and the optimization of the phosphate treatment of the material surface are presented as a conclusion as a method to improve the limiting life of the die.

본 논문에서는 1차원 오일러 보 요소(Euler-Bernoulli Beam Element)를 이용한 회전익기 축계에 대한 중량 최적설계를 수행하였다. 회전 축계의 특성을 고려해 비틀림(Torsion)과 베어링과 같은 축지지 강성 및 플랜지(Flange) 질량을 모두 고려하였고, 동적 안전성 확 보를 위해 고유치 해석을 수행하여 임계속도(Critical Speed)와 기어박스로부터 오는 치 변형 가진을 회피할 수 있도록 하였다. 축의 길 이는 고정된 상태에서 두께와 반경을 조절하여 중량 최적화를 수행하였으며, 최적화 과정은 2단계로 나누어 진행하였다. 1단계에서 는 비틀림 강도를 제약조건으로 하여 중량을 최적화한 후 2단계에서는 축계 안정성 확보 기준(Headquarters, U.S. Army Material Command, 1974)에 따라 축의 비틀림 강도에 대한 제약조건을 만족시키며, 축의 1차 모드가 임계속도를 회피할 수 있도록 축 1차모드 와 임계속도의 차이가 최대가 되도록 최적화를 진행하였다. 주어진 1차원 보 요소를 이용하여 최적설계를 한 결과를 3차원 유한요소 모델과 실제 제작된 축게의 시험결과와 비교하여 제안된 방법을 검증하였다.

The sub-frame is located on the lower body of a monocoque type vehicle and serves as an engine and suspension, and is an important object part that receives a lot of load. The existing press-type sub-frame has a large number of parts for assembling, which causes an increase in cost. Changing the machining form of this part from the existing press-type machining method to the hydro-forming machining method has the advantage of reducing the cost and weight at the same time due to the reduction of the process. Therefore, in this study, the purpose of this study is to change the design so that the sub-frame of the existing press type can be changed to the hydro-forming process method. To this end, we intend to present a design method by analyzing the effect on the rigidity of the sub-frame using the existing machining method through shape optimization analysis.

본 연구에서는 3D 프린팅 FDM 방식의 적층 방향에 따라 기계적 물성이 달라지는 이방성 특성을 확인하고 이를 이용하여 위상 최 적설계를 수행하였다. 벤치마크 문제인 자동차 현가장치 부품 중 하나인 로어 컨트롤 암에 대하여 밀도법 기반 위상 최적설계를 수행 하였으며, 외부 하중과 이방성 특성에 따라 위상 최적결과가 다르게 나타나는 것을 확인하였다. 이를 이용하여 최적화된 모델에 대하 여 3D 프린터로 적층 방향을 달리하여 2가지 시험품을 제작하였으며 인장시험을 수행하였다. 시험시 3D 비접촉 변형률 측정기를 이 용하여 변형률을 구하였으며 이를 CAE 응답해석으로 얻은 변형률과 비교한 결과가 정량 및 정성적으로 일치하는 것을 확인하였다. 3D 프린팅 적층 방향을 고려한 위상 최적모델의 인장 실험 결과를 통해 해당 최적설계 방법론의 유효성을 검증하였다.

In this study, we focus on the feasibility of structural topology optimization for a steel-timber composite beam design of optimally allocating glue-laminated timbers into a web with openings under the condition of given steel flanges. The motivation of this study is to topologically take maximal stiffness harmonizing both tension and compression performance of the steel-timber composite beam and become the eco-frandly timber design for buidling members. As a result of this study, the key web-openings allocation becomes triangle spaces, i.e., empty or no materials, of optimal topologies of both a pure timber plate and a steel flange-web timber plate without web-openings. Several applicable examples verify the effectiveness of topology optimization for steel-timber beams with web-openings.

In this study, stiffness evaluation was conducted on the main member, front cross member, and rear cross member, which are three components of sub-frame for SUVs (sports utility vehicles), through mode analysis. As for the design variables used in the analysis, the maximum frequency was examined by varying the width and height of each of the three parts into four types. Of course, the weight at this time is minimized, and the mode is set as a constraint that only bending occurs and no distortion occurs. As a result of the analysis, the member affecting the 1st mode was the rear cross member, and the member having the greatest influence on the 2nd mode was the front cross member. In addition, the member with the greatest influence on the 3rd mode appeared as the rear cross member, indicating that this part had the greatest effect on the bending stiffness.

최근에는 경량화 문제에 대한 합리적인 솔루션을 제공하고 유용한 개념설계를 제공할 수 있는 다중 재료 구조 위상최적화가 더욱 중요해지고 있다. 기존의 MMTO(Multi-Material Topology Optimization)의 경우 후보 물질의 수가 증가할수록 설계변수의 수도 증가 하고, 결과적으로 계산 시간이 크게 증가한다. 따라서 PSM(Phase Section Method)과 같은 단일 설계변수를 갖는 MMTO가 제안되었 다. 본 연구는 조성비가 면적이나 부피비를 나타내지 못하고, 설계변수가 목표치에 충분히 집중되지 않고, 특정 재료가 요구량보다 적 게 생성되는 PSM의 세 가지 주요 제한점을 고려하여 이를 개선하는데 중점을 둔다. 이러한 한계를 극복하기 위해 재정의된 조성비와 더 나은 수렴을 위한 조정된 매개변수를 제안한다. 제안된 수정 사항의 유효성을 2차원 및 3차원 수치 예제를 통해 검증한다.

In this paper, a method of reducing the weight of vehicle wheels through topology optimization by finite element method is proposed. Recently, various environmental pollution caused by the operation of vehicles is gradually increasing, and this has a great correlation with the fuel efficiency of the vehicle. Therefore, it is required to reduce the weight of the vehicle to increase fuel efficiency. Among them, the vehicle's wheels are a key part of vehicle acceleration and braking, and passenger safety. Because the shape of the wheels is different, various effects such as reduced fuel economy and reduced airpower occur as well as aesthetic factors. The stiffness of the wheels plays an important role in transmitting the vehicle's power to the tires and braking. In this study, to reduce weight while satisfying the stiffness value, we propose to use topology optimization to design an arbitrary shape according to the number of spokes on the wheel.

A mid-story isolation system was proposed for seismic response reduction of high-rise buildings and presented good control performance. Control performance of a mid-story isolation system was enhanced by introducing semi-active control devices into isolation systems. Seismic response reduction capacity of a semi-active mid-story isolation system mainly depends on effect of control algorithm. AI(Artificial Intelligence)-based control algorithm was developed for control of a semi-active mid-story isolation system in this study. For this research, an practical structure of Shiodome Sumitomo building in Japan which has a mid-story isolation system was used as an example structure. An MR (magnetorheological) damper was used to make a semi-active mid-story isolation system in example model. In numerical simulation, seismic response prediction model was generated by one of supervised learning model, i.e. an RNN (Recurrent Neural Network). Deep Q-network (DQN) out of reinforcement learning algorithms was employed to develop control algorithm The numerical simulation results presented that the DQN algorithm can effectively control a semi-active mid-story isolation system resulting in successful reduction of seismic responses.

본 연구에서는 환경, 재료 물성 및 제작 등에서의 불확실성을 고려하여 130m급 고정식 해양구조물의 신뢰성 기반 최적설계를 수행 하였다. 구조물의 구조건전성을 엄밀하게 반영하기 위해 작용 및 허용 응력의 비인 UC 값을 신뢰성 해석 및 신뢰성 기반 최적설계의 제약조건으로 고려하였다. 해양구조물의 제작비용을 저감하기 위해 자켓형 지지구조물의 중량을 최소화하였다. 불확실성의 통계적 특성은 문헌 등을 참고하여 관측되거나 측정된 데이터를 기반으로 정의하였다. 자켓형 해양구조물의 신뢰성 해석과 신뢰 기반 최적 설계는 부재 수가 많아 계산 부담이 큼으로 문제의 차원을 축소하기 위해 응답의 중요성을 기준으로 설계변수를 선별할 수 있는 방법 을 제안한다. 또한 효율적인 계산을 위해 신뢰성 기반 최적설계를 수행하기 전 결정론적 최적설계를 먼저 수행하였다. 마지막으로, 도 출된 최적설계(안)을 기존 각 급 규정 기반 설계와 안전성 및 경제성 측면에서 비교 분석하였다.

In system design, it is not always possible that all decision makers can cooperate fully and thus avoid conflict. They each control a specified subset of design variables and seek to minimize their own cost functions subject to their individual constraints. However, a system management team makes every effort to coordinate multiple disciplines and overcome such noncooperative environment. Although full cooperation is difficult to achieve, noncooperation also should be avoided as possible. Our approach is to predict the results of their cooperation and generate approximate Pareto set for their multiple objectives. The Pareto set can be obtained according to the degree of one's conceding coupling variables in the other's favor. We employ approximation concept for modelling this coordination and the mutiobjective genetic algorithm for exploring the coupling variable space for obtaining an approximate Pareto set. The approximation management concept is also used for improving the accuracy of the Pareto set. The exploration for the coupling variable space is more efficient because of its smaller dimension than the design variable space. Also, our approach doesn't force the disciplines to change their own way of running analysis and synthesis tools. Since the decision making process is not sequential, the required time can be reduced comparing to the existing multidisciplinary design optimization. This approach is applied to some mathematical examples and structural optimization problems.