구속조건 힘 설계기법을 이용한 강체와 스트링의 위상 최적설계

Abstract

이 논문에서는 강체 메커니즘의 위상 최적설계를 위해 제안된 구속조건 힘 설계 기법(constraint force design method)을 확장하여 로프-링크(string-link)를 고려한 위상 최적설계기법을 제안한다. 기존의 메커니즘 설계이론을 이용하여 메커니즘을 구성하는 강체 링크의 길이와 조인트의 위치를 최적설계하는 것은 가능하다. 하지만 강체 메커니즘의 최적 위상을 설계하는 것은 어렵다는 것으로 알려져 있다. 강체 메커니즘의 최적 위상을 설계할 수 있는 기법인 구속조건 힘 설계 기법이 본 연구자들에 의해 제안되었다. 구속조건 힘 설계 기법은 이진수 설계 변수를 이용하여 강체 링크의 위상 최적설계를 가능하게 한다. 이번 연구에서는 강체 링크뿐만 아니라 로프-링크로 구성된 메커니즘을 위상 최적설계하기 위한 발전된 해석기법과 설계 기법을 제안한다.

This study extends the constraint force design method allowing topology optimization for planar rigid-link and string mechanisms. To our best knowledge, by applying conventional machine and mechanism design theories, it is likely that it is possible to find out optimal locations of joints and lengths of rigid-links but somewhat difficult to find out optimal topology of rigid-links. To achieve optimal topology of rigid links, there is our previous contribution so called the new constraint force design method with the binary design variables determining the existence of the auxiliary forces imposing apparent lengths among unit masses. By adding new binary design variables, this research extends the constraint force design method to find out optimal mechanism consisting of stringy links as well as rigid links that seems impossible in the conventional machine and mechanism design theories.