다목적 함수를 고려한 BESO기반 컴플라이언트 메카니즘 설계

Abstract

컴플라이언트 메커니즘은 구조물의 유연성과 탄성변형을 이용하여 기계적인 운동이나 힘을 얻어 내는 기구를 말한다. 이러한 탄성변형을 통하여 기구의 기능을 하게 되기 때문에 설계 방법들이 제안되기 전에는 초기설계과정부터 직관 및 경험에 따라 설계하게 되므로 많은 시행착오의 반복이 불가피하게 되어 많은 시간과 노력이 필요하였다. 이러한 이유로 강체기구를 근사한 방법이나 위상최적설계의 기법을 이용하여 기구성능의 최대화를 통한 기구 형상설계 방법 등이 제안되었다. 그러나 지금까지의 컴플라이언트 메커니즘의 최적설계는 밀도법이나 균질화법, 프레임 요소법 등의 최적화 방법으로 구조의 형상을 도출하였지만, 양방향 진화적 구조 최적화 기법(BESO기법)을 기반으로 한 컴플라이언트 메커니즘 설계는 좀처럼 개발되어 지지 않고 있다. 따라서 본 논문에서는 BESO기법을 이용한 컴플라이언트 메커니즘을 구현하기 위하여 유연성과 강성의 척도인 상호포텐셜에너지와 변형률에너지를 정의하고, 두 개의 부분으로 나뉘어 일반적인 힘에 의한 컴플라이언트 메커니즘과 열에 의한 컴플라이언트 메커니즘을 설계하였다. 열에 의한 컴플라이언트 메커니즘은 유연성과 강성을 동시에 최대화하는 다 기준 목적 최적화 문제와 유연성만을 고려한 변위 최적화 문제를 구성하여 비교하였고 비선형 위상 최적화를 수행하였다. 최종 위상으로 나온 결과의 적합성을 다른 위상 최적화 기법의 결과와 비교하여 평가하였다. 그 결과 BESO기법이 컴플라이언트 메커니즘의 설계에 적용될 수 있음을 보였다.