피로재료상수의 변동을 고려한 로우어 컨트롤 암의 신뢰도 기반 최적설계

Abstract

로우어 컨트롤 암은 운행 중에 지속적인 하중을 받으므로 설계 시 피로수명을 고려하여야 한다. 피로수명은 많은 불확실성에 의해 변동을 가지므로 신뢰도 관점에서 접근하여야 한다. 피로재료상수의 변동은 피로수명의 변동을 일으키는 중요한 원인 중에 하나이다. 따라서 피로재료상수의 변동을 고려하여 신뢰도 기반 최적설계를 수행하였다. 피로수명의 신뢰도를 제한조건으로 갖고 질량을 최소화하는 문제와 질량과 고유진동수를 제한조건으로 갖고 피로수명의 신뢰도를 최대화하는 문제를 풀었다. 피로재료상수, 탄성계수, 강판의 두께, 하중 중에서 피로재료상수의 변동이 피로수명의 변동에 가장 영향을 많이 주는 것으로 나타났다. 따라서 피로재료상수를 확률변수로 모델링하고 확률변수 사이의 상관관계를 고려하였다. 주어진 설계 하중으로부터 준정적 해석을 통하여 응력을 구하고 변형률-수명법으로 수명을 평가하였다. 신뢰도는 로우어 컨트롤 암의 수명이 설계 수명보다 클 확률로 정의하였다. 몇 가지 신뢰도 평가 방법들을 비교하고 로우어 컨트롤 암에 가장 효율적인 방법을 선택하여 신뢰도 기반 최적설계를 수행하였다. SLSV(Single-Loop Single-Vector)가 신뢰도 지수법(RIA, Reliability Index Approach)과 목표 성능치법(PMA, Performance Measure Approach)보다 효율적으로 최적해를 구해주었다.