본 연구는 진동 응답만을 사용하여 세탁기 운전 중의 고유진동수와 모드 형상을 추출하는 것을 목표로 한다. 품질을 확보하고 결함을 검출하기 위해, 선정된 대량 생산 세탁기를 진동 특성에 근거하여 평가한다. 이 과정은 정지 상태에서 모달 실험을 수행하고, 제품을 다양한 극한 조건에서 장시간 운전하여 상태를 평가하는 것을 포함한다. 구조의 진동 특성과 모달 파라미터를 운전 중에 동시에 검증할 수 있다면, 시간과 비용을 상당히 절감할 수 있다. 따라서 본 연구는 Operational Modal Analysis (OMA) 기법을 활용하여 진동 응답만으로 구조의 모달 파라미터를 식별한다. 구체적으로, 세탁기의 운전은 주요 운전 주파수뿐 아니라 운전 중에 발생하는 미세한 주파수 변동도 포함한다. 이러한 변동은 주파수 영역에서 주요 운전 주파수, 그 고조파 및 사이드밴드로 나타난다. 이들 성분은 기존의 OMA 기법 적용에 간섭을 일으키므로 제거가 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 OMA 기법을 적용하기 전에 전처리 단계로 cepstral 기법을 적용하였으며, 사용된 cepstral 기법은 추출된 모달 파라미터 결과를 통해 평가하였다.

조화균형법(HBM)은 기하학적 비선형 판의 동역학적 거동을 규명하기 위해 사용된다. 중간면의 변위를 판에 포함시키며, 가상일의 원리를 통해 운동방정식이 전개된다. 또한 연속법을 통해 비선형 주파수 응답 곡선, 즉 NFRCs를 얻는다.

초음파 비파괴검사는 일반적으로 초음파 트랜스듀서, 중간매질, 검사체의 3상으로 구성된다. 중간매질은 주로 물, 기름 또는 그리스 등이 사용되며, 트랜스듀서와 검사체 사이의 에너지 투과율을 높이는 역할을 한다. 하지만, 대형구조물 등의 비파괴 검사 시 중간매질은 측정 전/후 불편함을 초래하고, 배터리와 같이 매질 사용이 어려운 검사대상에는 기존의 3상 검사가 불가능하다. 이러한 경우 2상(트랜스듀서↔검사체)으로 구성된 검사 기술을 생각할 수 있지만, 낮은 에너지 투과율을 단정하며 공학적/정량적 해석은 시도조차 하지 않는 상황이다. 이러한 이해의 간극을 줄이기 위하여, 본 연구에서는 중간매질 없는 트랜스듀서와 검사체의 접촉 상태를 두 접촉 물체사이의 상대속도가 동반되는 동-접촉 조건으로 간주하여 유한요소해석을 수행하고 파형을 분석하였다. 또한 선형 탄성이론에 기초하여 트랜스듀서와 검사체 사이의 에너지 투과율을 해석적으로 정의하였다. 이 지표는 2상 비파괴 검사 기술 수준 평가 및 상용화 가능성 파악을 위한 지표로도 사용될 수 있을 것이다. 또한 간단한 실험구성의 변형을 통해 가진용 트랜스듀서로부터 검사체로 전달되는 에너지의 비율을 증가시킬 수 있는 기법을 제안하였다.

본 연구는 진동 응답만을 사용하여 세탁기 운전 중의 고유진동수와 모드 형상을 추출하는 것을 목표로 한다. 품질을 확보하고 결함을 검출하기 위해, 선정된 대량 생산 세탁기를 진동 특성에 근거하여 평가한다. 이 과정은 정지 상태에서 모달 실험을 수행하고, 제품을 다양한 극한 조건에서 장시간 운전하여 상태를 평가하는 것을 포함한다. 구조의 진동 특성과 모달 파라미터를 운전 중에 동시에 검증할 수 있다면, 시간과 비용을 상당히 절감할 수 있다. 따라서 본 연구는 Operational Modal Analysis (OMA) 기법을 활용하여 진동 응답만으로 구조의 모달 파라미터를 식별한다. 구체적으로, 세탁기의 운전은 주요 운전 주파수뿐 아니라 운전 중에 발생하는 미세한 주파수 변동도 포함한다. 이러한 변동은 주파수 영역에서 주요 운전 주파수, 그 고조파 및 사이드밴드로 나타난다. 이들 성분은 기존의 OMA 기법 적용에 간섭을 일으키므로 제거가 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 OMA 기법을 적용하기 전에 전처리 단계로 cepstral 기법을 적용하였으며, 사용된 cepstral 기법은 추출된 모달 파라미터 결과를 통해 평가하였다.

조화균형법(HBM)은 기하학적 비선형 판의 동역학적 거동을 규명하기 위해 사용된다. 중간면의 변위를 판에 포함시키며, 가상일의 원리를 통해 운동방정식이 전개된다. 또한 연속법을 통해 비선형 주파수 응답 곡선, 즉 NFRCs를 얻는다.

초음파 비파괴검사는 일반적으로 초음파 트랜스듀서, 중간매질, 검사체의 3상으로 구성된다. 중간매질은 주로 물, 기름 또는 그리스 등이 사용되며, 트랜스듀서와 검사체 사이의 에너지 투과율을 높이는 역할을 한다. 하지만, 대형구조물 등의 비파괴 검사 시 중간매질은 측정 전/후 불편함을 초래하고, 배터리와 같이 매질 사용이 어려운 검사대상에는 기존의 3상 검사가 불가능하다. 이러한 경우 2상(트랜스듀서↔검사체)으로 구성된 검사 기술을 생각할 수 있지만, 낮은 에너지 투과율을 단정하며 공학적/정량적 해석은 시도조차 하지 않는 상황이다. 이러한 이해의 간극을 줄이기 위하여, 본 연구에서는 중간매질 없는 트랜스듀서와 검사체의 접촉 상태를 두 접촉 물체사이의 상대속도가 동반되는 동-접촉 조건으로 간주하여 유한요소해석을 수행하고 파형을 분석하였다. 또한 선형 탄성이론에 기초하여 트랜스듀서와 검사체 사이의 에너지 투과율을 해석적으로 정의하였다. 이 지표는 2상 비파괴 검사 기술 수준 평가 및 상용화 가능성 파악을 위한 지표로도 사용될 수 있을 것이다. 또한 간단한 실험구성의 변형을 통해 가진용 트랜스듀서로부터 검사체로 전달되는 에너지의 비율을 증가시킬 수 있는 기법을 제안하였다.

본 연구의 목적은 위상 최적화 접근을 통해 처방된 힘–변위 곡선을 추적하는 배치를 찾기 위한 최적화 방법론을 개발하는 데 있다. 이를 위해 우리는 최적화 과정의 각 반복에서 계산된 곡선과 처방된 힘–변위 곡선 간의 차이를 최소화하는 목적함수를 제안한다. 또한 목표 점의 수가 적을 때 발생하는 문제를 해결하기 위해 기울기 제약을 도입한다. 더불어 밀도 기반 필터를 사용할 때 일반적으로 고체 영역과 공극 영역 사이에서 관찰되는 회색 영역을 억제하기 위해 투영 필터를 사용한다. 최근 제안된 에너지 보간 기법을 비선형 해석에서의 불안정성을 안정화하기 위해 적용하며, 이는 일반적으로 위상 최적화 과정에서 구조를 고정 메시에 모델링할 때 공극 영역에서 과도한 왜형이 발생하여 나타난다. 제안된 방법론을 검증하기 위해 서로 다른 유형의 비선형성과 얻어진 배치의 구조적 특징을 포함하는 여러 사례 연구를 조사한다.

본 연구에서는 스위치드 릴럭턴스 모터(SRM)의 음질(SQ)을 향상시키기 위한 설계 최적화 방법을 제안한다. SRM에 대한 다학제 유한요소해석(FEA)을 수행하여 평균 토크와 SQ 지표를 모두 평가함으로써 SRM 로터의 구성 형상을 설계한다. 구체적으로, SRM의 자화정적(magneto-static) FEA를 사용하여 모터의 가장 중요한 성능인 평균 토크와 스테이터에 작용하는 국소 힘의 분포를 평가한다. 또한, 이 국소 힘 분포에 의해 여기되는 스테이터의 과도 구조 FEA와 과도 음향 FEA를 수행하여 스테이터 진동으로 인해 방사되는 음압을 구한다. 이어서 방사 음압으로부터 음량(loudness), 선명도(sharpness), 변동 강도(fluctuation strength), 거칠기(roughness)와 같은 SQ 지표를 얻을 수 있다. 우리는 서로 다른 유형의 SRM에 대한 심사(jury) 테스트 결과와 SQ 지표 간의 상관함수를 정의한다. 토크와 상관함수의 가중합을 목적함수로 설정한다. 그 후 설계실험(design of experiments)을 이용한 SRM의 설계 최적화 방법에 대해 논의한다. 본 연구는 비선형 재료 특성을 고려하지 않으며 2D 해석에 기반을 둔다. 그러나 이러한 모든 한계에도 불구하고, 본 연구는 SRM의 SQ를 향상시키기 위한 전체적인 절차를 제안한 최초의 연구임에 주목할 필요가 있다.

구조물에서 비선형 거동을 유발하는 전형적 요인으로는 기하학적 비선형성, 힘 및 변위 경계조건 비선형성, 그리고 재료 비선형성이 있다. 적층(구축) 구조물에서 내부 에너지의 증가로 인해 발생하는 비선형성은 주로 접촉 계면 영역에 의해 유도되는 변위 경계조건에 기인한다. 본 연구는 외부 여기력(가진력)이 구조의 접촉 표면에서 증가할 때 자연진동수와 감쇠비가 어떻게 변하는지를 예측하는 실험 기반 모드 해석 기법을 제안한다. 구체적으로, 접촉 영역에 의해 유도된 동특성의 비선형성은 구성 Iwan 모델로 기술된다. 다음으로, Iwan 모델의 네 개 매개변수 중 두 개에 대한 추정 방법을 개발하였다. 본 연구에서는 모드 해석 방법을 사용하였다. 선행 연구의 확장으로서, 조화 여기로부터 유도되는 힘의 근사 형태를 폐형(closed form)으로 결정하였다. 이로부터 도출된 형태에 기반하여 전체 구조에 대한 수치 모델의 구성을 제시하였다. 이러한 수치 결과를 활용하여, 조화 여기 조건에서의 전체 구조 응답을 모드 중첩(mode summation) 형태로 나타내었다. 본 연구는 구성 모델의 네 매개변수 중 두 매개변수에 대한 추정 방법을 제안한다. 제안된 방법은 집중질량(lumped) 모델을 사용한 시뮬레이션과, 부분적으로 연결된 이중 보(double beam)에서 수행한 실험을 통해 검증되었다.

본 연구의 목적은 규정된 힘-변위 곡선을 추적하기 위한 최적화 방법론을 개발하는 것이다. 이를 위해 우리는 위상 최적화를 활용하여 미리 정해진 힘-변위 곡선과의 차이를 최소화하는 구조의 배치를 찾아낸다. 또한 구조의 초기 설계가 내재된 비선형성에서 벗어나기 위해 필요한 제약 조건을 제안한다. 제안된 방법의 유효성은 박막 판(thin plate)으로 시뮬레이션을 수행함으로써 검증한다.

본 연구의 목적은 지정된 힘-변위 곡선을 추적하기 위한 최적화 방법론을 개발하는 데 있다. 이를 위해 우리는 위상 최적화를 이용하여 미리 정의된 힘-변위 곡선과의 차이를 최소화하는 구조의 배치를 찾아낸다. 또한 구조의 초기 설계가 본래의 비선형성으로부터 벗어나기 위해 필요한 제약 조건을 제안한다. 제안된 방법의 유효성은 얇은 판에 대한 시뮬레이션을 수행하여 검증한다.

본 연구는 부분적으로 연결된 이중 보(double-beam) 시스템의 동적 거동에 관한 것이다. 이 보 시스템은 두 개의 단일 보(single beam)로 구성되며, 이 두 보는 특정 영역에 위치한 분포 강성(distributed stiffness)에 의해 서로 연결되어 있다. 이 이중 보 시스템의 지배 방정식은 각 단일 보에 대해 4차 미분방정식 두 개로 구성된다. 이 두 지배 방정식은 부분적으로 분포된 강성에 의해 서로 결합(coupled)되며, 이러한 결합은 해당 시스템의 동적 거동을 해석하는 것을 어렵게 만든다. 따라서 본 연구에서는 하나의 가정과 하나의 개념을 사용하여 이러한 어려움을 극복하였다. 가정은 이중 보가 두 개의 등가 단일 보로 구성된다는 것이다. 그리고 개념은 두 층 사이의 상대 변위(relative displacement)에 관한 것이다. 또한 분포 강성에 의해 발생하는 불연속성(discontinuity)과 관련된 문제를 고려하기 위해 전달 행렬법(transfer matrix method)을 사용하였다. 두 층 사이의 자연 갭 거리(natural gap distance)보다 두 층 간 상대 변위의 진폭이 더 클 때, 이중 보 시스템에서 슬랩(slap) 현상이 발생할 것이라고 예측된다. 이 현상은 실험 측정에서 확인되었다.