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다중 열 조건을 가진 구조물의 위상 최적화를 위한 재료혼합법의 개발

Title
다중 열 조건을 가진 구조물의 위상 최적화를 위한 재료혼합법의 개발
Other Titles
Development of a Material Mixing Method for Topology Optimization of a Structure with Multiple Thermal Criteria
Author
김민수
Alternative Author(s)
Kim, Min-Sue
Advisor(s)
韓晳榮
Issue Date
2007-08
Publisher
한양대학교
Degree
Master
Abstract
진화적 구조 최적화 기법을 기반으로 한 다중 열 조건을 가진 다중 재료 구조물의 최적 위상을 구하기 위한 재료혼합법을 제안하였다. 제안된 재료혼합법의 타당성을 검증하기 위해 인쇄회로기판(PCB 회로기판, Printed Circuit Board substrate)을 대상으로 열응력과 열유량을 동시에 고려한 위상 최적화를 수행하였다. PCB 회로기판 내 요소들의 효율을 열응력과 열유량의 가중치에 따른 다중목적 최적화 기법을 적용하여 파레토 위상 최적해를 구하였다. 또한 다중 열 조건의 가중치의 영향과 동시에 기계적 경계조건에 따른 최적 위상화와 동일한 가중치를 가지고 있을 경우 혼합되는 재료의 열전도율에 따른 최적 위상화를 수행하였다. 본 연구를 통해 얻어진 결론은 다음과 같다. (1) 열유량의 가중치가 0에서 1로 변화하는 천이과정이 최적 위상에 잘 반영되어 나타나므로 재료혼합법이 타당함을 입증하였다. (2) 동일한 열전도율 조건에서는 열유량의 가중치가 클수록 중앙부분의 구멍의 크기가 커졌으며, 열응력의 중요도가 클수록 중앙부분의 요소가 많이 남아있음을 확인하였다. 열응력과 열유량의 가중치와 동일한 조건에서는 열전도율이 클수록 구멍의 크기가 다소 커짐을 확인하였다. (3) 기계적 경계조건의 변화는 열응력의 관점에서 보면 면이 구속되는 것보다 볼트로 구속된 경우가 열응력이 작게 나타났고, 면과 볼트의 구속을 각각 놓고 비교했을 경우에도 구속되는 부분이 적을수록 열응력이 작아짐을 확인할 수 있었다. 이와 마찬가지로 열유량의 경우에 있어서도 거의 같은 결과를 보임을 알 수 있었다.; A material mixing method was suggested to obtain an optimal topology for a multiple material structure with multiple thermal criteria, based on Evolutionary Structural Optimization (ESO). To examine the validity of the method, it was applied to a printed circuit board (PCB) substrate. The overall efficiency of material usage in a PCB substrate was measured in terms of the combination of thermal stress and heat flux density by using a combination strategy with weighting factors. Pareto optimal topology solution having multiple thermal criteria was obtained. The effects of weighting factors for multiple thermal criteria as well as mechanical boundary conditions on optimal topologies were investigated. It is found that as the weighting factor for heat flux density is getting larger, the sizes of holes at the center portion become larger in order to dissipate thermal energy much efficiently. It is also found that as the magnitudes of the heat conduction are getting larger, a similar tendency of the optimal topologies was obtained to the above. The thermal stress on the clamped four sides is larger than that on the two sides clamped. Also, the thermal stress on the mounted by eight bolts is larger than that on the mounted by four bolts. It is also found that the thermal stress on the clamped edges is larger than that on the mounted by bolts. It is verified that the suggested material mixing method works very well for topology optimization of a PCB substrate for various mechanical boundary conditions with multiple thermal criteria.
URI
https://repository.hanyang.ac.kr/handle/20.500.11754/148843http://hanyang.dcollection.net/common/orgView/200000407147
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