일반기술

미소요소부터 대형구조물요소까지의 구조해석 및 최적화

본 연구실에서는 해석적인 방법(Analytical), 수치적 방법(주로 유한요소법), 실험 등을 통해 미소한 크기에서 대형 구조물까지의 구조물을 해석, 설계 및 최적화를 수행하고 있다. 특히 판 및 셸(plate and shell) 구조물에 대하여는 응력, 진동, 파괴, 파동 해석 등을 수행하는 이론 및 계산 능력을 갖추고 여러 분야에 적용하고 있다. 제일 작은 단위의 구조로는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 구조물로서, 본 연구에서는 의료기기용 micro-pump의 최적화를 수행하였다. 길이 2㎜ 두께 2㎛의 사각평판을 평평한 것과 주름진 박막을 제작하여 진동특성과 잔류응력의 영향을 고려하여 해석 및 설계하였다. 다음은 기존의 자동차용 CCV(Canister Close Valve)에 대한 구조해석을 수행하였고, 이를 기준으로 새로운 형상에 대한 접촉응력 및 구조물에 걸리는 응력에 대한 해석 결과를 비교하여 봄으로써 새로운 설계안을 제안하였다. 또한 인조다이아몬드 제조용 고온고압 장치의 열, 응력 해석을 수행하고 새로운 설계를 제안하였다. 약 4만 기압의 고압을 받는 ring set의 응력 및 파괴 해석을 통하여 안전성을 평가하고 최적화된 크기와 형태를 설계할 수 있었다. 가장 큰 단위로는 당산철교 세로보가 반복하중을 받을 때의 피로 해석 및 실험을 수행하여 문제점을 밝혔다. 피로수명을 예측하기에 앞서 중앙부에 하중이 가하여 졌을 때 중앙부에서 끝단으로 위치를 이동하면서 응력분포를 알아봄으로써 어느 부분에 응력이 집중되는 지를 알 수 있었다. 이를 통하여 피로 수명을 예측할 수 있었고, 또한 이를 이용하여 보강재를 통한 수명 연장 등을 설계에 적용할 수 있을 것으로 사료된다. 또한 본 연구실에서는 초음파를 이용한 비파괴 평가기법을 확립하고 향상시키는 연구를 하고 있다. 열간 가공강의 기계적 물성치를 예측하기도 하고, 판 및 파이프의 균열을 찾아내는 이론 및 실험에 의한 연구를 계속 수행중이다. 본 실험실은 이론과 유한요소법 패키지와 S/W를 갖추고 기계 및 전자 부품의 해석, 설계 및 최적화를 통하여 국내 기업의 경쟁력 제고를 위하여 노력하고 있다.