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적외선 피탐지를 위한 페이즈 필드법 기반의 적외선 반사층 설계
허남준,유정훈,Heo, Namjoon,Yoo, Jeonghoon 한국전산구조공학회 2015 한국전산구조공학회논문집 Vol.28 No.1
본 연구에서는 페이즈 필드법을 기반으로 하는 위상 최적설계 방법을 통하여 적외선 스텔스 효과를 위한 적외선 반사층의 설계를 진행하였다. 이를 위하여 수직으로 입사하는 적외선 파를 반사층에서 반사되어 원하는 방향으로 전파되도록 모델링을 하였다. 전파 방향에 측정 영역을 설정하여 해당 영역에서의 목적함수 값을 최대화하도록 설계가 진행되었으며, 이때 목적함수는 전자기파의 에너지 흐름을 나타내는 포인팅 벡터(Poynting vector)로 설정하였다. 페이즈 필드법 기반의 방법에서의 여러 파라미터 값들을 변경해 가며 설계 결과를 도출하였고, 목적함수 값을 최대화하는 모델을 최적 모델로 선정하였다. 선정된 최적 모델에서 gray scale을 cut-off 방법으로 제거한 경우 더 좋은 결과를 얻을 수 있었다. 또한 중적외선 영역에서의 효과를 고려하기 위하여 입사되는 파장을 바꿔가며 얻은 해석결과를 검토하였다. 본 연구의 유한요소해석 및 최적화 과정은 상용 프로그램인 COMSOL과 Matlab을 연동하여 수행하였다. In this paper, infrared reflector design targeting infrared stealth effect is presented using structural optimization based on the phase field method. The analysis model was determined to accomplish the design that an incident infrared wave was reflected to a desired direction. The design process was to maximize the objective value at the measuring domain located in a target region and the design objective was set to the Poynting vector value which represents the energy flux. Optimization results were obtained according to the variation of some parameter values related to the phase field method. The model with a maximum objective value was selected as the final optimal model. The optimal model was modified to eliminate the gray scale using the cut-off method and it confirmed improved performance. In addition, to check the desired effect in the middle wave infrared range(MWIR), the analysis was performed by changing the input wavelength. The finite element analysis and optimization process were performed by using the commercial package COMSOL combined with the Matlab programming.
페이즈 필드법을 이용한 박막형 태양전지의 광포획층 설계
허남준(Namjoon Heo),유정훈(Jeonghoon Yoo) 대한기계학회 2014 大韓機械學會論文集A Vol.38 No.9
본 연구는 페이즈 필드법 기반으로 하는 위상최적화를 이용하여 박막형 태양 전지의 광포획 구조의 반사층 설계를 목표를 하였다. 이를 위하여 입사된 빛이 설계영역인 반사층에서 반사되어 원하는 방향으로 진행하도록 하고자 하였다. 또한 같은 방법을 근적외선 영역의 반사판의 설계에 적용한 적외선 피탐지 구조의 개념 설계를 수행하였으며, 페이즈 필드법 기반의 결과와 밀도법 기반의 결과를 비교하였다. 목적함수는 에너지의 흐름을 나타내는 포인팅 벡터값의 최대화로 설정하였고, 반사된 빛의 방향을 조절하기 위하여 지정된 측정영역에서 값을 측정하였다. 본 연구의 유한요소해석 및 최적화 과정은 상용 프로그램인 COMSOL과 Matlab 프로그램을 이용하여 수행되었다. This study focused on the design of the reflecting layer of a light trapping system fora thin film solar cell using topology optimization based on the phase field method. Therefore, incident light was caused to propagate in the desired direction by reflecting it from this layer, which is the design domain. The same method was applied to the conceptual design of an infrared stealth structure in near infrared range. The results using the phase field method were compared with those using the density method. The design objective was to maximize the Poynting vector value representing the energy flux, which was measured in a measuring domain to control the reflected wave direction. A finite element analysis and optimization process were performed using the commercial package COMSOL combined with the MATLAB programming.