경량, 품질 및 생산 특성을 고려한 차량 구조용 단섬유 복합재 부품의 다목적 최적 설계

Abstract

현재 자동차 연비 및 이산화탄소의 배출량 규제 강화, 전기 자동차의 주행 거리 향상이 자동차 산업계의 주요 이슈이며, 차량 부품의 경량화는 필수적이라 할 수 있다. 최근 시장 및 산업 동향에 발맞추어 지속적인 경량화가 요구되고 있으며, 다양한 차량의 구조 및 소재, 제한적인 레이아웃에 적용 가능한 최적 설계 프로세스의 도입이 필요하다. 본 연구에서는 단섬유 복합재가 적용된 차량 전방의 차체 구조물을 최적 설계의 대상으로 선정하였다. 구조물의 경량화 효과, 단섬유 복합재가 갖는 비등방 물성, 부품의 강성 및 강도, 품질 및 생산 특성 등의 설계 요구 사항을 고려하여 체계적인 다목적 최적 설계를 수행하였다. 토폴로지 최적화를 통하여 치수 최적화를 위한 기본 설계안을 도출하고, 메타모델을 도입하여 목적 함수와 제한 조건 함수를 수립하였다. 제한 조건을 만족하는 설계 영역에서 경량화 효과와 품질, 생산 특성이 모순적 관계에 있는 파레토 영역을 확인하였으며, 최적해를 효과적으로 선정하였다.