기어 맞물림 강성은 기어 시스템의 동적 거동을 예측하는 데 핵심적인 역할을 하지만, 기존의 해석적 방법들은 특히 플라스틱 기어에서 더 두드러지게 나타나는 치아의 하중 의존적 물리적 변형을 충분히 반영하지 못한다. 본 연구에서는 잠재 에너지(potential energy)를 기반으로 한 개선된 접근법을 제안하며, 이는 탄성 치아 변형과 비선형 접촉 거동을 포함하여 현실적인 하중에 민감한 맞물림 강성을 계산한다. 접촉 강성의 크기는 적용 하중에 따라 반복적으로 갱신하되, 원래의 잠재 에너지 방법의 계산 효율은 유지한다. 제안된 접근법으로 얻은 맞물림 강성 값은 유한요소해석 결과와 매우 근접하게 일치한 반면, 기존 방법들은 하중이 증가함에 따른 비선형 변화를 재현하지 못하였다. 또한 제안된 강성 함수를 기어 시스템의 시간영역 동적 모델에 구현하여 성능을 평가한 결과, 동적 전달오차(dynamic transmission error)와 맞물림 힘(meshing force)을 정확하게 예측할 수 있음을 보여주었다. 이러한 예측은 유한요소 방법으로 얻은 값과도 매우 밀접하게 일치하였다. 본 연구 결과는 제안된 방법이 기어 맞물림 강성의 하중 의존적 거동을 효과적으로 포착함을 입증하며, 따라서 플라스틱 기어 시스템의 동적 해석 및 설계에 신뢰할 수 있는 도구로 적용될 수 있음을 시사한다.

• 전달경로분석(transfer path analysis, TPA)과 가상 스프링(virtual spring)을 결합하는 방법을 제안한다. • 시스템 강성이 변경될 때의 반응을 예측하기 위한 방정식을 유도한다. • 예측 결과를 다양한 변경 경우에 대해 수치적으로 검증한다. • 도로 소음에 초점을 둔 시험을 수행하여 해당 방법을 실험적으로 타당화한다. • 서브프레임(subframe)에 보강재를 부착하면 실내 소음이 감소함을 예측한다. 기존 전달경로분석(TPA)은 수신기에서의 반응과 초기 기반 시스템의 각 전달경로가 기여하는 정도를 도출할 수 있으나, 시스템의 동적 강성이 변경되는 경우에는 기존 TPA로 반응을 예측할 수 없다. 본 연구에서는 기존 TPA와 가상 스프링을 결합한 방법을 제안하며, 시스템의 동적 강성을 인위적으로 변경할 때 변경된 주파수응답함수(Frequency Response Functions, FRFs), 작동력(operational force), 그리고 수신기에서의 반응을 예측한다. 제안된 방법은 수치 시뮬레이션을 통해 검증되었다. 시뮬레이션은 실제 차량을 모사한 모델에서 능동부와 수동부의 강성을 다양한 경우에 대해 증가시키면서 수행하였다. 제안된 방법은 강성 변경이 적용된 모든 경우에 대해 FRFs, 작동력 및 실내 소음을 성공적으로 예측하였다. 이후, 해당 방법은 실제 도로 소음 현상에 초점을 둔 동력계(dynamometer) 시험을 통해 실험적으로 타당화되었다. 차량 차체에 가상 스프링을 적용함으로써 실내 소음 감소를 예측하였다. 이어서, 수동부의 동적 강성을 향상시키기 위해 추가 서브구조물을 부착하여 얻은 측정값과 예측 결과를 비교하였다. 특히, 제안된 방법은 감소된 실내 소음을 정확하고 가상적으로 예측하였다. 이 방법은 기존 TPA의 한계를 극복하고 분석 범위를 확장함으로써 그 활용도를 증대할 것으로 기대된다.

친환경적이며 재활용된 섬유질 음향 재료는 사운드 패키지의 내부 공간을 위한 핵심 해결책으로 부상하고 있다. 이러한 재료를 목표 음향 성능에 맞게 최적화하기 위해서는 미세구조 매개변수를 고려하는 예측 모델이 필요하다. 그러나 기존 접근법은 종종 불균질성과 이방성을 간과하고, 균질한 가정에 의존하며 매개변수 선택 또한 일관되지 않다. 본 연구는 이방성 매개변수 분포를 활용하는 딥러닝 모델을 제안하여, 계산 비용을 크게 줄이면서도 음향 성능을 예측할 수 있음을 보인다. PET 펠트의 단면은 마이크로 전산단층촬영(micro-computed tomography, micro-CT)을 통해 분석하여 이방성 매개변수 분포를 추출하였고, 이를 모델 학습에 사용하였다. 제안된 프레임워크는 기존의 균질 모델에 비해 우수한 예측 성능을 나타냈다. 대규모 데이터셋을 처리하고 계산 시간을 줄이는 효율성 덕분에 섬유질 음향 재료의 최적화 및 설계에 매우 효과적이다. 음향 거동에 영향을 미치는 핵심 구조 매개변수를 규명함으로써, 이 모델은 데이터 기반 최적화와 맞춤형 설계를 가능하게 한다. 또한 본 연구는 다양한 섬유질 재료로의 확장과, 다목적 최적화를 가능하게 하는 구조 설계 이미지 생성으로까지 나아가 실용적 응용을 위한 기반을 마련한다. 음향 성능뿐만 아니라 비용 및 지속가능성과 같은 제약을 통합함으로써, 이러한 모델은 설계와 기능을 연결하는 현실 세계의 응용 가능성을 열어준다.