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大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A v.34 no.7=no.298, 2010년, pp.821 - 827   SCOPUS 피인용횟수: 2
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재료의 비선형을 고려한 수직기록장치의 위상최적화
Topology Optimization of Perpendicular Magnetic Recording System by Considering Magnetic Nonlinearity

박순옥    (연세대학교 기계공학과   ); 유정훈    (연세대학교 기계공학과   ); 민승재    (한양대학교 기계공학부  );
  • 초록

    본 논문은 밀도법을 기반으로 한 자기포화 효과를 고려한 수직자기 기록장치의 위상최적 설계 방법을 제안한다. 자기장 내의 위상최적화 과정에서 자기 저항률의 값은 민감도 해석 결과에 따른 요소의 밀도값 변화에 의거하여 결정된다. B-H 곡선에 따른 자기 저항률의 값은 물성치의 비선형성을 나타낸다. 일반화된 응답 함수의 민감도는 자기장의 비선형 특성을 고려하여 보조 변수법에 의해 표현되고, 설계의 목적 함수는 기록 영역의 자기에너지를 최대화하는 것으로 설정된다. 선형과 비선형의 최적화의 수치 연구의 결과는 비선형의 효과를 나타내고 있다.


    This paper proposes a density method based topology optimization of a perpendicular magnetic recording system design in which the saturation effect is taken into account. During the topology optimization process in magnetic fields, the magnetic reluctivity is updated in accordance with the changes in element density determined by a sensitivity analysis. The magnetic reluctivity is determined from a B-H curve and is used to represent nonlinear material property, i.e., the saturation effect. The sensitivity for a generalized response functional is formulated using the adjoint variable method in which the nonlinear property is taken into account and the objective function is set such that the magnetic energy in the media is maximized. Effects due to the nonlinear property can be observed from a numerical study in which the linear and the nonlinear topology optimization results are compared.


  • 주제어

    위상최적화 .   민감도 해석 .   보조변수법 .   자기포화효과 .   유한요소법 .   밀도법.  

  • 참고문헌 (13)

    1. Haftka, R. T. and Gurdal, Z., 1992, Elements ofStructural Optimization, Kluwer Academic, Dordrech. 
    2. Yoo, J., Kikuchi, N. and Volakis, J. L., “StructuralOptimization in Magnetic Fields Using theHomogenization Design Method,” IEEE Transactionson Magnetics, Vol.36, No.3, pp.574-580. 
    3. Wang, S., 2002, “Topology Optimization ofNonlinear Magnetostatics,” IEEE Trans. on Magn.,Vol. 38, No. 2, pp. 1029-1032. 
    4. Lee, J. and Kikuchi, N., 2009, “3D TopologyOptimization of Switched Reluctance Motors usingEdge Elements”, Abstracts of 10th US NationalCongress on Computational Mechanics, 160502. 
    5. Park, S. and Min, S., 2009, “Design of MagneticActuator with Nonlinear Ferromagnetic MaterialsUsing Level-set Based Topology Optimization”,IEEE Trans. on Magn., accepted. 
    6. Park, S., Kwon, K. H. and Min, S., 2009, “LevelSet Based Topology Optimization of MagneticActuator Considering Magnetic Saturation Effect,”Trans. of the KSME , pp. 236-238. 
    7. Yoo, J., 2004, “A Study on the TopologyOptimization in Magnetic Fields Comparisonsbetween the Density Method and the HomogenizationDesign Method,” Transactions of the Korean Societyof Mechanical Engineers, Vol. 28, No.4, pp.370-377.     
    8. Bendsøe, M. P. and Sigmund O., 2003, TopologyOptimization Theory, Methods and Applications.Springer-Verlag: New York. 
    9. Yoo, J., Yang, S. and Choi, J. S., 2008, “OptimalDesign of an Electromagnetic Coupler to MaximizeForce to a Specific Direction,” IEEE Transactions onMagnetics, Vol. 44, No. 7, pp. 1737-1742. 
    10. Yoshifumi, O., 2005, “Magnetic Shield Design ofPerpendicular Magnetic Recording Head by UsingTopology Optimization Technique,” IEEE Trans. onMagn., Vol. 41, No. 5, pp. 1788-1791. 
    11. Micaleris, P., Tortorelli, D. A. and Vidal, C. A.,1994, “Tangent Operators and Design SensitivityFormulations for Transient Non-Linear CoupledProblems with Applications to Elastoplasticity,”International Journal for Nnumerical Mmethods inEngineering , Vol. 37, No. 9, pp. 2471-2499. 
    12. Okamoto, Y., Akiyama, K. and Takahashi, N., 2006, “3-D Topology Optimization of Single-Pole-Type Head by using Design Sensitivity Analysis,” IEEE Trans. on Magn, Vol. 42, No. 4, pp. 1087-1090. 
    13. Park, S., Yoo, J. and Choi, J. S., 2009, “Optimal Shapeof the Perpendicular Magnetic Recording Head,” IEEETrans. on Magn., Vol. 45, No. 5, pp. 2272-2275. 
  • 이 논문을 인용한 문헌 (2)

    1. Han, Soon-Woo ; Jung, Hyun-Seung 2011. "Weight Reducing of Aluminum Extrusion Profiles of a Railway-Car Body Based on Topology and Size Optimization" 大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, 35(2): 213~221   
    2. Han, Jeong Young ; Hong, Cheol Hyun ; Lee, Jin Mo ; Han, Ki Bong ; Lee, Hyoung Woo 2014. "A study on lightweight design for wind turbine rotor shaft" 한국마린엔지니어링학회지 = Journal of the Korean Society of Marine Engineering, 38(4): 389~395     

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