교량 구조물의 개념 설계 및 프로토타입 제작 과정

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1 교량 구조물의 개념 설계 및 프로토타입 제작 과정
메카트로닉스 공학과 최현민 김예린 교량 구조물(bridge) 설계를 위한 3D 프린팅 프로그램 동기 및 배경 교량 구조물 설계는 반복적인 테스트와 수정을 통하여 이루어지기 때문에 초기 개념 설계는 신속하고 정확한 교량 구조물의 설계를 위하여 중요합니다. 이를 위하여 필수 설계 조건의 입력 만으로 초기 개념 설계 단계에 사용할 수 있는 교량 구조물 모델을 자동으로 도출하고 신속하게 프로토타입을 제작하기 위한 프로그램을 제작하고자 합니다. 교량 구조물의 개념 설계 및 프로토타입 제작 과정 위상최적화를 이용한 개념 설계 모델 생성 (MATLAB 및 설계 소프트웨어) 개념 설계 모델의 3D 프린팅 입력 파일 자동 생성 3D 프린팅을 이용하여 프로토타입 제작 및 평가 개념 설계 모델 도출 ‘MATLAB’ 프로그램 ‘위상최적화’ 기법 이용 STL파일로 변환 3D프린팅을 하기위해 생성된 도면을 STL파일로 포맷변환 프로토타입 제작 변환된 파일의 3D프린팅

2 개념 설계 도출을 위한 프로그램 개발 ‘위상최적화’란 위상최적화를 하는 이유 위상최적화 예시
간단히 말해, 제품을 작동하거나 사용할 때 하중이 가해지는 부분만 단단하게 설계하고 하중이 가해지지 않는 부분은 비워 두는 즉, 필요한 부분만 골라서 설계를 하는 것 입니다. 위상최적화를 하는 이유 위상최적화를 하면 기존 보다 훨씬 적은 재료로 제품을 만들 수 있기 때문에 많은 양의 재료 절감이 가능하여 경제적이고 제품의 경량화에도 효과적입니다. ‘99Line Topology Optimization’ code 위상최적화를 위해 기존에 개발되어 있던 ‘MATLAB 코드’를 활용하여 교량구조 설계에 적합한 코드를 개발할 것입니다. 위상최적화 예시

3 설계 프로그램 개발 과정 설계 요구 조건 조건 입력 MATLAB 코드 개발 및 실행 교량 개념 설계 모델 생성 3D 프린팅
도출된 파일 3D 프린터 입력 파일로 변환 교량 모델에 따른 안정성 검사 지형 조건 및 하중 등등 필요한 값들을 입력하는 것 만으로 이 모든 과정을 자동으로 실행해주는 프로그램을 개발할 것입니다.

4 단계별 세부 사항 설계 요구 조건 입력 MATLAB 코드 개발 및 실행 교량 개념 설계 모델 생성 설계할 교량의 크기
교량 길이 : 1000m, 교량 폭 : 37m, 교량 높이 : 15m 등 지형 및 하중 조건 풍속, 물의 유속 및 유량을 기반하여 교각에 가해지는 하중 정도 파악 MATLAB 코드 개발 및 실행 프로그램 개발 MATLAB, 설계 소프트웨어 이용 프로그램 실행 입력된 받은 필수조건을 반영하여 여러 수치 값 자동 계산 (힘, 압축, 비틀림, 모멘트 값 등) 교량 개념 설계 모델 생성 위상 최적화 기법 기반의 개념설계 모델 생성 설계된 모델 중 가장 최적의 모델 선택

5 단계별 세부 사항 안정성 검사 3D 프린터 입력 파일로 변환 3D 프린팅 선택된 교량 모델의 안전성 검사
안정성 검사에 부합하지 못 할 경우 설계 조건 수정 및 교량 모델 재생성 3D 프린터 입력 파일로 변환 도출된 교량 구조 입력 파일을 3D 프린팅 입력 파일(STL파일)로 변환 STL 파일: 형상을 삼각형으로 구성하여 표현해 주는 폴리곤 포멧의 모델링 데이터 삼각형 크기↓→ 출력물 품질 ↑ 3D 프린팅 생성된 3D프린팅 입력 파일 검사 3D 프린터로 입력 파일 전송 및 출력 프로토타입 검사