Among many SDM(Structural Dynamics Modification) techniques, shape transformation is one of the most effective techniques. The method does not induce mass increase in the base model and non-matching node problem between substructures. In this research embossing is selected as a kind of shape transformation method. Even though embossing is an effective technique, it is difficult to implement in fields. One of the most fatal shortages of embossing method is that it necessitates troublesome re-meshing process in optimization procedures, which lessens effectiveness and usefulness of the method. Initially, equivalent elements concept is tried to describe emboss shapes. The trial parameters are material properties, thickness distribution, and the both. Then, finally, based on the limitation of the equivalent element concept, a convenient and systematic way to describe embossing technique for flat-top embosses is established and the usefulness is verified by means of a few illustrative examples.
In summary, the goal of this research is to suggest a method which makes it easy to implement an embossing technique in fields. Then the goal is obtained by introducing a simple concept and a systematic procedure only for specified emboss shape, that is, flat-top emboss shape.
본 연구는 평판 구조물 동특성 변경의 한 방법으로써 기하학적인 변형, 즉 엠보스를 부가하는 것에 관한 것이다. 엠보스를 최적의 위치에 최적의 크기로 부가하여 고유 진동수를 극대화 할 때, 엠보스가 부가 되는 위치에 따라 구조물이 기하학적으로 달라지므로 유한 요소 해석을 수행하여 고유 진동수를 구하려 할 때 엠보스가 부가되는 위치에 따라 유한 요소 재생성의 과정이 필요하다. 하지만 이렇게 할 경우 불필요하게 많은 시간이 소모되고 또한 사용중인 상용 도구가 위치에 대한 최적화 기능을 제공하지 않을 경우에는 많은 어려움이 따르게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 본 연구에서는 엠보스가 가지는 기하학적인 특성을 고려하지 않아도 쉽게 동특성 변경의 위치를 찾을 수 있도록 하는 방법을 제시하였다. 그 첫 번째 단계로, 엠보스가 물성치나 두께 분포와 같은 설계 변수를 이용하여 표현되도록 시도하였으며, 이러한 등가 요소를 이용한 접근 방법은 엠보스의 단면 형상에 상관없이 일반적으로 적용 할 수 있지만 경계조건이나 위치에 따라 일관성이 있는 결과를 주지 못하였다. 따라서 현실적으로 구현 가능한 엠보스인 윗면이 평평한 엠보스(Flat-top emboss)에 대해서 유한 요소 해석의 방법을 이용한 좀 더 분석적인 접근을 시도하였다. 그 결과 윗면이 평평한 엠보스는 그 기하학적인 특이성이 경계에만 집중되어 있음을 알 수 있었다. 이를 바탕으로 경계의 요소가 가지는 질량 및 강성 행렬을 굽힘 평판(Bending plate)요소와 평면 응력 평판(In-plane stress plate)요소로 구분하여 유도[13]하고 기저 평판의 자유도에서 고려되는 부분만을 추출하여 생성하였다. 이렇게 생성한 엠보스 요소를 이용하여 기저 평판의 질량 및 강성 행렬이 주어졌을 때 엠보스가 부가되는 과정을 유한 요소 결합의 관점에서 구성하였으며, 이를 바탕으로 주어진 기저 평판에 대하여 엠보스를 부가하여 고유 진동수를 극대화하는 과정을 수행하였다. 제시된 방법의 유용성을 예증하기 위하여 모의 실험을 수행하였다. 이 때 엠보스의 크기가 기저 평판에 비해 비교적 큰 경우는 절점이 일치하는 모든 경우의 수에 대하여 고유 진동수 구하고, 비교 함으로써 최적의 위치를 찾을 수 있지만, 작은 크기의 엠보스의 경우에는 경우의 수가 많아 비효율적이다.이를 해결하기 위하여 간단한 최적화 알고리즘과 변형 응력 분포를 이용한 방법을 제시하였다. 마지막으로 에어컨 실외기를 대상물로 하여 기존의 엠보스 형상의 적합성을 검토하였으며, 새로이 제시된 방식으로 엠보스를 부가하면 더 좋은 결과를 줄 수 있다는 것을 보였다.
