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균질화된 구조의 적응설계를 위한 전동차 크로스 빔의 최적설계 원문보기
Optimal Design of Electric Vehicle Cross Beam for Adaptive Design of Homogenized Structure

  • 저자

    정보라

  • 학위수여기관

    동아대학교 교육대학원

  • 학위구분

    국내석사

  • 학과

    기계 금속교육전공

  • 지도교수

  • 발행년도

    2004

  • 총페이지

    vi, 36p.

  • 키워드

    적응설계 전동차 크로스빔 기계공학;

  • 언어

    kor

  • 원문 URL

    http://www.riss.kr/link?id=T10065504&outLink=K  

  • 초록

    수송기계로 대표적인 전동차는 마루골조나 차체를 구성하는 내부 형상이 성능을 결정적으로 지배하며, 어느 강도 조건하에서 경량화를 위한 형상의 검토가 필수적이다. 이러한 차체의 기본골격인 마루골조를 구성하는 크로스빔은 균일한 하중 분포가 되도록 설계하는 것이 중요하며, 비교적 수량이 많고 중량이 높아 경량화의 대상이 된다. 또한 전동차의 각종 부가적인 기능을 제공하기 위해 차량을 제어하고 다른 전장품과 신호를 주고받는 공기관, 전선관 등의 연결에 따른 합리적인 원공 배열과 형상이 요구된다. 그러나 실제 제작과정은 원가절감과 작업의 편의성에 따라 원공의 위치나 크기가 결정되는 경우가 많다. 특히 넓은 부품분야를 담당하고 있는 국내환경에서는 부품변경으로 인한 구조변경이 요구될 경우 차량의 기본골격 및 인터페이스는 변화시키지 않고 차량내부의 기능적인 면과 상호호환성을 위한 모듈설계가 요구되고 있다. 이와 같은 차량의 컨셉 단계부터 다양한 부품의 호환성과 경제성을 만족하기 위해 개념설계 방안 중 Pahl과 Beitz가 제안하는 설계대상의 구조의 원리는 변화가 없지만 다른 문제점을 해결하기 위해 설계를 변화시키는 적응설계의 개념이 유용한 설계단계로 제안될 수 있다. 일반적으로 적응설계의 경계는 분명한 것은 아니지만 중요한 단품의 시험데이타로부터 해석 및 평가과정에서 비교적 균질한 영역에서의 최적설계 방법으로 Vanderplaats가 제안하는 각 절점이나 절점군을 설계영역으로 집단화하여 변동벡터의 정의에 따라 선형 및 2차 함수의 형태로 이동하는 방법과 Allaire과 Kohn 등의 위상최적화와 관련된 다양한 형상의 언급이 적용될 수 있다. 따라서 본 논문에서 연구된 방법을 기초로 설계목적에 부합되는 구체적인 원공개수와 배열을 검토하고 효과적인 설계안을 제시하여 다음과 같은 결론을 얻었다. (1) 크로스 빔은 처짐과 응력에 대하여 고찰하면 하부 이음부보다 리브 중앙이 원공의 기능과 경량화에 효율적이었고, 위상최적화의 경우 체적이 46% 감소되고도 크로스 빔의 기능과 강도를 만족하는 원공배열과 형상을 얻을 수 있었다. (2) 원공배열은 전체 크로스 빔 길이를 3등분 하였으며 약 700∼950 ㎜구간에 분포하였다. 따라서 크로스 빔 중앙으로 갈수록 원공의 직경을 감소시켜 무원공 크로스 빔과 비슷한 응력분포를 얻을 수 있었고, 이와 유사한 흠형강의 설계에 기초 자료로 활용할 수 있다. (3) 형상최적화는 변동벡터 방법을 적용하여 강성을 크게 약화시키지 않는 범위에서 중량을 감소시키는 설계를 제시하였다. (4) 적응설계의 개념은 부품의 호환성을 만족하고 설계 자유도의 증가를 통한 실질적인 효율성을 가지는 모듈설계의 단계를 제시하였다.


    The topology and shape optimization of continuum structures has attracted considerable attention in recent years. In the topology optimization of continuum structures, holes in the interior of the design are allowed to be created. On the other hand, In the shape optimization of continuum structures, changes can only be made to the boundaries of the design. Electric vehicle body has to be subjected to uniform load and requires auxiliary equipment such as air pipe and electric wire pipe. Especially, the cross beam supports the weight of passenger and electrical equipments. This need to use adaptive design in initial design stage to gain economy through interchangeability between many kinds of components. This study performs the topology optimization by the concept of homogenization based on optimality criteria method which is efficient for the problem with a number of boundary condition and design variable. Therefore this provides the method to determine the optimum position and the shape of circular hole In the cross beam and then can achieve the weight minimization of electric vehicle body.


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