본 논문에서는 선행연구에서 신뢰성을 확보한 지능형 브레이커의 해석모델을 바탕으로 지능형 브레이커의 타격성능 개선을 위한 설계변수 민감도 분석 및 다목적함수 최적화를 다룬다. 본 연구에서는 타격출력만을 향상시키는 기존의 연구를 보완하여 타격출력과 안정성 모두를 개선시키는 것을 목표로 한다. 연구를 진행하는 순서는 다음과 같다. 먼저 정확한 민감도 분석 및 최적화를 진행하기 위하여 해석 시나리오를 설정한다. 그 후 지능형 브레이커의 설계변수 민감도를 분석하고, 상위 민감도를 가지는 변수를 추출한다. 마지막으로 추출한 변수를 사용하여 다목적함수 최적화를 진행하고, 초기 성능과 최적화된 성능의 비교를 통해 기존 지능형브레이커에서 타격성능이 얼마나 향상되었는지 파악한다. 이러한 연구를 통해 국내 기술력으로 기존 해외 선진사의 제품보다 타격성능이 향상된 제품을 개발할 수 있는 가능성을 확보할 수 있다.
본 논문에서는 선행연구에서 신뢰성을 확보한 지능형 브레이커의 해석모델을 바탕으로 지능형 브레이커의 타격성능 개선을 위한 설계변수 민감도 분석 및 다목적함수 최적화를 다룬다. 본 연구에서는 타격출력만을 향상시키는 기존의 연구를 보완하여 타격출력과 안정성 모두를 개선시키는 것을 목표로 한다. 연구를 진행하는 순서는 다음과 같다. 먼저 정확한 민감도 분석 및 최적화를 진행하기 위하여 해석 시나리오를 설정한다. 그 후 지능형 브레이커의 설계변수 민감도를 분석하고, 상위 민감도를 가지는 변수를 추출한다. 마지막으로 추출한 변수를 사용하여 다목적함수 최적화를 진행하고, 초기 성능과 최적화된 성능의 비교를 통해 기존 지능형브레이커에서 타격성능이 얼마나 향상되었는지 파악한다. 이러한 연구를 통해 국내 기술력으로 기존 해외 선진사의 제품보다 타격성능이 향상된 제품을 개발할 수 있는 가능성을 확보할 수 있다.
This paper discusses the design parameter sensitivity analysis and multi-objective function optimization for improving the impact performance of an auto-sensing breaker based on the analytical model of the same, which secured reliability in a previous research. The study aims to improve both impact ...
This paper discusses the design parameter sensitivity analysis and multi-objective function optimization for improving the impact performance of an auto-sensing breaker based on the analytical model of the same, which secured reliability in a previous research. The study aims to improve both impact power and stability by complementing the existing research that only improved the impact power. The study sequence is as follows: first, the analysis scenarios for the accurate sensitivity analysis and optimization are set up. Second, the sensitivity of the design parameter of the auto-sensing breaker is analyzed, and the variables with high sensitivity are extracted. Third, the extracted variables are used to optimize the multi-objective functions, and the optimized performance is compared with the initial performance to see how the impact performance on the existing auto-sensing breaker has improved. This study is based on domestic technology, and will allow the development of products with a better blowing performance than their existing overseas counterparts.
This paper discusses the design parameter sensitivity analysis and multi-objective function optimization for improving the impact performance of an auto-sensing breaker based on the analytical model of the same, which secured reliability in a previous research. The study aims to improve both impact power and stability by complementing the existing research that only improved the impact power. The study sequence is as follows: first, the analysis scenarios for the accurate sensitivity analysis and optimization are set up. Second, the sensitivity of the design parameter of the auto-sensing breaker is analyzed, and the variables with high sensitivity are extracted. Third, the extracted variables are used to optimize the multi-objective functions, and the optimized performance is compared with the initial performance to see how the impact performance on the existing auto-sensing breaker has improved. This study is based on domestic technology, and will allow the development of products with a better blowing performance than their existing overseas counterparts.
본 연구는 지능형 브레이커의 작동원리를 검증한 선행연구의 후속연구이다. 선행연구와 동일한 해석모델을 통해 설계변수 민감도 분석과 다목적함수를 사용한 최적화를 진행하였으며, 이를 통해 지능형 브레이커의 성능개선을 목표로 진행한 연구이다. 이 연구를 통해 얻은 성과를 요약하면 다음과 같다.
제안 방법
먼저 지능형브레이커의 해석모델 개발에 관한 선행연구를 바탕으로 기존 타격 성능을 파악하고 설계변수 민감도 분석을 진행한다. 지능형 브레이커는 자동제어밸브, 메인밸브, 타격피스톤으로 구성되어 있으며, 각 구성별로 민감도 분석을 통해 타격성능 개선에 영향을 미칠 것으로 파악되는 최상위민감도 및 차상위민감도를 가진 변수들을 추출한다.
먼저 지능형브레이커의 해석모델 개발에 관한 선행연구를 바탕으로 기존 타격 성능을 파악하고 설계변수 민감도 분석을 진행한다. 지능형 브레이커는 자동제어밸브, 메인밸브, 타격피스톤으로 구성되어 있으며, 각 구성별로 민감도 분석을 통해 타격성능 개선에 영향을 미칠 것으로 파악되는 최상위민감도 및 차상위민감도를 가진 변수들을 추출한다. 마지막으로 추출한 변수들을 가지고 성능개선을 목적으로 하는 최적화를 진행한다.
대상 데이터
Figure 3은 메인밸브의 분석대상 변수 및 가변범위를 지정한 것이다. 분석대상 변수는 총 8가지(DV 1~8)이며 밸브 스풀의 외경(Mvd) 및 내경(Mvrd), 밸브 어드저스트먼트 직경(vad), 밸브 스풀과 포트 간의 랩(lap)조건(Mvl)으로 구성되어있다. 3수준으로 설계변수 민감도 분석을 실시하였으며, 가변범위는 기본적으로 ±1mm로 구성하였다.
이론/모형
01mm단위로 지정한다면 그 조합의 수는 천문학적인 수가 나오게 된다. 따라서 EasyDesign에서 제공하는 알고리즘을 사용하여 보다 적은 수의 조합으로 각 변수들이 가지고 있는 민감도를 분석하였다(Noh, 2017). Figure 5는 각각의 결과에 대한 변수들이 가지고 있는 민감도를 확인하기 위하여 차트로 나타낸 것이다.
성능/효과
1. 신뢰성이 확보된 지능형 브레이커의 해석모델을 통해 설계변수 민감도 분석을 진행하여 타격성능에 영향을 끼치는 변수를 추출하였다.
2. 민감도 분석을 이용하여 각 구성마다 변수조정을 통해 성능 개선을 실현시킬 수 있는 가능성을 확보하였다.
3. 최종적으로 추출된 상위민감도를 가지고 최적화를 진행하였으며 이를 통해 기존 지능형브레이커의 타격성능을 개선시킬 수 있음을 확인하였다.
후속연구
이러한 성과들을 통하여 국내 독자 기술력으로 기존 해외 선진사 제품보다 더 개선된 지능형 브레이커를 개발할 수 있을 것이며, 이러한 연구 결과를 바탕으로 국내 건설기계부품 시장의 경기침체를 회복하는데 이바지할 수 있을 것으로 기대된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
지능형 브레이커란?
본 연구에서는 건설기계장비 중 하나인 지능형 브레이커의 설계변수 민감도 분석 및 최적화를 다룬다. 지능형 브레이커란 암반강도에 따라 두 가지의 타격모드로 타격 대상을 파괴하는 굴삭기 어태치먼트이다. 두 가지 타격모드는 장타와 단타모드로 구성되어 있으며 각 타격모드에 따라 타격에너지와 타격주파수, 타격스트로크가 변하게 된다.
본 연구에서 민감도 분석을 이용하여 무엇을 확보하였는가?
2. 민감도 분석을 이용하여 각 구성마다 변수조정을 통해 성능 개선을 실현시킬 수 있는 가능성을 확보하였다.
지능형 브레이커의 두 가지 타격모드는 어떤 특성이 있는가?
지능형 브레이커란 암반강도에 따라 두 가지의 타격모드로 타격 대상을 파괴하는 굴삭기 어태치먼트이다. 두 가지 타격모드는 장타와 단타모드로 구성되어 있으며 각 타격모드에 따라 타격에너지와 타격주파수, 타격스트로크가 변하게 된다. 타격모드 스위칭은 타격변위에 의하여 결정된다. 이러한 지능형 브레이커는 고도의 기술력을 바탕으로 오래전 해외 선진사에서 개발한 장비이지만, 국내에서는 명확한 작동원리 분석이 이루어지지 않아 독자 기술력을 확보하지 못하고 있는 실정이었다.
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