위상 최적화를 이용한 비공압 타이어의 강성 형상 설계

Abstract

공기압 타이어는 대부분의 차량에 쓰이고 있다. 이러한 공기압 타이어는 공기압의 유지가 안전에 직결되는 중요한 요소이다. 이에 공기압을 잃더라도 일정기간 안정성을 유지할 수 있는 런플랫 타이어가 개발되었다. 하지만 런플랫 타이어도 원천적으로 펑크를 방지하지 못하므로 이에 공기압을 사용하지 않고 타이어의 기능을 수행하는 비공압 타이어가 개발 되고 있다. 이는 현재 초기 단계로 앞으로 더 많은 연구가 수행되어야 한다. 본 연구에서는 설계를 위해 위상 최적화 방법을 사용하였고 셀을 기반으로 한 밀도법을 사용하였다. 설계의 목적으로는 현재 쓰이는 공기압 타이어의 수직 강성, 전후 방향 강성, 측면 강성을 만족하도록 하였다. 이 세 개의 강성에 각각 가중치를 곱하여 선형 합을 한 값을 목적 함수로 하여 부피제한조건을 갖는 위상 최적화 문제로 고려하였다. 계산 시간의 효율성을 고려하여 타이어가 일정 패턴을 가지도록 하나의 패턴을 설계하는 패턴 설계를 도입하였다. 그리고 2차원과 3차원 모델에 대하여 각각 적용하였다. 이로 얻어지는 설계의 세부적 위상은 설계매개변수에 따라 달라지게 된다. 따라 설계매개변수를 바꿈에 따라 목적하는 용도에 따른 설계가 가능하다. 그러나 좀 더 사실적인 설계를 위해서는 재료의 물성, 비선형 해석 등 다른 여러 사항들을 고려하여 설계하는 것이 필요하다.