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강도 조건을 고려한 칼사인 컨테이너의 요크 설계 최적화
임기훈,국성호,김강윤,유현승,도재혁,김상훈 대한기계학회 2023 大韓機械學會論文集A Vol.47 No.8
In this study, a design optimization of the yoke for calcine containers considering strength conditions was performed. For this, we established a finite element analysis (FEA) method for the yoke and selected design variables based on the geometric shape that determined the weight. The FEA was conducted for each experimental point after establishing a face-centered central composite design as the design of experiments. We then generated a response surface model (RSM) for each performance factor (weight and stress). The accuracy of the RSM was evaluated through a R2 value. The weight and stress RSMs were used as the objective and constraint function, respectively. After formulating an optimization problem, we conducted deterministic design optimization (DDO). Consequently, we verified the optimum value, objective, and constraint function obtained from DDO through FEA, and established a conservative optimum value that satisfied both stiffness and durability while reducing weight by approximately 52.75%. 본 연구에서는 강도조건을 고려한 칼사인 컨테이너 요크의 설계 최적화를 수행하였다. 이를 위해 요크의 유한요소해석 방법을 정립하였으며, 설계변수는 중량을 결정짓는 기하학적 형상을 기반으로 선정하였다. 면 중심합성 실험계획 수립 후 각 실험점에 대해 유한요소해석을 수행하고, 성능지수(중량, 응력) 각각의 반응 표면 대리모델을 생성하여 R2 값을 통해 정확도를 평가하였다. 중량 및 응력 대리모델은 목적함수 및 제한조건으로 각각 선정하여 최적설계 문제를 정식화해 결정론적 설계 최적화를 수행하였다. 이에 도출된 최적해, 목적함수 및 제한함수 값을 유한요소해석을 통해 검증하였으며, 강성 및 내구성을 만족하고 중량은 최대 약 52.75% 감소한 보수적인 최적해를 도출하였음을 확인하였다.