In the automotive industry, a spot welding has been widely used in joining steel panels. Because the more the number of spot welds increases, the more manufacturing cost increases, it is necessary to optimize the number of spot-welds and locations maintaining the desirable performance. This optimization problem can be regarded as topology optimization, where a genetic algorithm and a design of experiment method have mainly used. However, they bring low calculation efficiency and it is not easy to optimize spot welds using previous topology optimization method. In addition, the convergence is also not guaranteed in the case of using gradient based optimization method for topology optimization of spot welds.
Therefore, in this study, new formulations for topology optimization using gradient based optimization method are proposed, where stiffness and durability are considered. Topology optimization for spot welds is executed through a sensitivity analysis using sequential quadratic programming (SQP) algorithm. The used spot weld model is an area contact model 2 (ACM2 model) which has been used for the standard of the industry.
Furthermore, the method which can consider different load cases at the same time is proposed. Three examples are tested and the results show that the proposed optimization method is efficient and reasonable.
점용접은 자동차 산업 등의 분야에서 강판의 접합에 널리 이용되고 있다. 그러나 점용접 수가 많아 질 경우 이에 필요한 비용이 상승하기 때문에 필요로 하는 성능을 만족하는 수준에서 점용접의 개수와 위치를 최적화 할 필요가 있다. 이 최적화 문제는 위상 최적화 문제로 간주될 수 있으나 기존의 위상 최적화 기법들은 점용접의 특성상 적용이 어렵다. 따라서 점용접 최적화는 주로 위치 최적화가 이루어 져 왔고, 위상 최적화를 한 경우에도 주로 유전자 알고리즘이나 실험계획법 등을 이용하여 그 계산 효율이 떨어졌었다. 기존의 구배(gradient)에 기초한 연속적 최적화 알고리즘을 이용하여 위상 최적화를 수행한 경우에도 유용영역(feasible region)이 좁아져 그 수렴성이 보장되지 않았다.
따라서 본 연구에서 강성과 내구성을 고려하여 연속적 최적화 알고리즘을 이용하여 점용접의 위상 최적화를 수행하는 방법론을 제시하였다. 점용접 위상 최적화는 sequential quadratic programming(SQP) 알고리즘을 이용하여 민감도 해석을 통하여 수행하였으며, 점용접 모델은 산업체의 표준으로 이용되고 있는 area contact model(ACM2)를 이용하였다. 추가하여 다 하중 경우를 종합적으로 고려할 수 있는 방법론을 제시하였다. 실제 자동차 구조물에 이를 적용시켜 제안한 방법의 효율성과 합리성을 검증하였다."
