Design of geometric shape for visco-elastic vibration isolation elements, which are very cost-effective and so popular in many applications, is frequently based on experiences, intuitions, or trial and errors. Such practices in shape design make it difficult for drastic changes or new concepts to come out. In this paper, both topological method and shape optimization method are combined together to find out a most desirable isolator shape efficiently by using two commercial engineering programs, ABAQUS and MATLAB.
The procedure is divided into two steps. At the first step, a topology optimization method is employed to find an initial shape, where density of either 0 or 1 for finite elements is chosen for physical realizability. At the second step, based on the initial shape, finer tuning of the shape is done by boundary movement method. An illustration of the procedure will be presented for a vehicle engine mount and a compressor mount. Also, the effectiveness will be discussed.
점탄성 재료는 높은 비용효율을 가지는 장점 때문에 기계구조물에서 발생하는 진동 절연을 목적으로 널리 사용되고 있다. 그러나 이러한 점탄성 진동 절연요소의 형상설계는 대부분 경험적, 직관적 혹은 시행착오적인 방법에 의존하고 있다. 이 때문에 진동 절연요소의 사용조건 변화에 따른 형상변경 및 새로운 형상설계에 어려움이 있게 된다. 본 연구에서는 상용공학프로그램인 MATLAB과 ABAQUS의 연동을 통해 구현되는 위상 및 형상최적화 방법을 이용하여 점탄성 진동 절연요소의 형상을 효과적으로 설계 한다.
본 연구에서 절연요소의 형상설계 과정은 크게 두 단계로 나뉜다. 첫 번째 단계에서는 위상최적화 방법을 이용하여 주어진 설계문제를 만족하는 초기형상을 설계한다. 이 때 밀도 제한조건을 설정하여 절연요소 유한요소 모델에서 밀도가 가지는 물리적인 의미를 고려하였다. 두 번째 단계에서는 초기 형상정보를 바탕으로 설계변수 및 설계영역을 정의하고, 경계 이동법을 적용하여 절연요소의 형상을 구체화한다. 본 연구에서 제시한 점탄성 진동 절연요소의 형상설계 과정을 자동차에 장착되는 엔진 마운트와 컴프레서 마운트의 설계에 적용하였으며, 설계 된 절연요소의 성능 관점에서 형상설계의 효용에 대하여 논한다.
