구조적 강도를 고려한 휴대폰 폴더모듈의 형상 최적설계

Abstract

최근 휴대폰의 슬림화 추세로 인한 내부 강성 저하로 인해 휴대폰의 폴더 모듈은 LCD(Liquid Crystal Display) 모듈 파손에 보다 취약한 구조로 변해가고 있으며, 따라서 이와 관련한 설계 요구 사항이 보다 엄격해지고 있는 실정이다. 하지만 제품 교체 수명이 짧은 휴대폰의 경우는 개발 기간이 짧아서 초기 품질 안정화에 많은 시간을 배분하기 힘든 상황이다. 더욱이 휴대폰의 폴더 모듈은 내부 구조 및 형상이 복잡하여 적은 횟수의 실험만으로는 그 결과치를 예측하기가 매우 힘들다. 설계자가 개선된 설계를 찾기 위해서는 각각의 개선 설계 안에 대해 설계 데이터를 제작하여 유한요소모델을 생성하고 해석을 수행하여 각각의 결과를 비교하는 방법을 선택할 수 밖에 없었으며, 이는 많은 시간이 소요됨으로써 실제 모델 개발 시, 설계 효율성이 크게 떨어지는 문제점이 있었다. 이에 본 연구에서는 주어진 짧은 개발 기간 내에 설계 대상에 대한 모든 설계 요구 조건을 만족하면서 최적의 성능을 갖는 설계 안을 도출할 수 있는 최적설계 기술을 휴대폰 폴더 모듈의 설계에 적용하여, 폴더 모듈의 각 부품의 형상을 결정하고자 한다. 이를 위해 각 부품의 형상을 결정하는 몇 개의 파라미터를 선정하여 이를 설계변수로 취하였고, 설계변수의 변화에 따라 형상의 변경이 용이하도록 하기 위하여 유한요소모델의 노드(Node) 위치를 직접 변경하는 방법인 모핑(Morphing) 기술을 적용하였다. 또한 해석에 소요되는 수치적 비용을 절감하기 위해 PR(Polynomial Regression Model), Kriging 근사모델을 생성하여 이를 기반으로 전역 최적화 방법론의 하나인 진화 알고리즘(Evolutionary Algorithms)를 적용하여 최적 값을 도출하였다. 본 연구에서는 상용 유한요소모델링 프로그램인 HyperMesh를 이용하여 유한요소모델을 생성하였고, 비선형 충격 해석 등에 널리 사용되는 상용 유한요소해석 프로그램인 LS-DYNA를 사용하여 충격 해석을 수행하였으며, LS-PREPOST로 해석 결과를 분석하였다. 그리고 근사모델의 생성 및 최적화와 관련된 일련의 작업들은 상용 PIDO(Process Integration and Design Optimization) 프로그램의 일종인 PIAnO(Process Integration, Automation and Optimization)을 이용하여 수행하였다. 최적화 수행을 통해 얻은 최적해는 LCD 모듈에 가해지는 응력이 초기 설계와 대비하여 PR 을 이용한 경우 10.32%, Kriging 을 이용한 경우 9.15% 낮아지는 것을 확인할 수 있었다.