[논문]반응표면법을 이용한 벨로우즈의 최적형상에 관한 연구

김형준; 김현수; 박준홍; 김종필; 김효겸; 이재섭

[국내논문] 반응표면법을 이용한 벨로우즈의 최적형상에 관한 연구
A Study on The Optimum Shape of Bellows Using Response Surface Method 원문보기

김형준 (동아대 CANSMC) , 김현수 (동아대 기계공학과) , 박준홍 (동아대 CANSMC) , 김종필 ((주)동명중공업) , 김효겸 (동아대 기계공학과 대학원) , 이재섭 (동아대 기계공학과 대학원)

It is attempted to find out the optimal shape of U-type bellows using the finite element analysis. The design factors, mountain height, length, thickness, and the number of convolutions are considered and the proper values are chosen fur the simulation. The results show that as the number of convolutions reduces, the volume decreases while the stress increases. However, as the number of convolutions increases, the volume increases above the standard volume and the stress obviously increases. In addition, the effect of the thickness of bellows on the stress is very large. Both of the mass and stress are decreasing at a certain lower value region. Also, we investigated shape optimization with considering maximum stress distribution tendency.

* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

본 연구에서는 이 전의 연구결과를 토대로 반응표면 법의 한 기법인 Box-Behnken design 법을 사용하여벨로우즈의 구조 최적화를 위해선정한 인자가 응력에 미치는 영향과 수식화된 최적해를 도출하고자 하였다.
크기는 감소하는 경향을 보였다. 이러한 현상을 고려하여 본 논문에서는 양쪽 끝단에 집중되는 응력을 줄일 수 있는 최적의 형상을 알아보았다.

제안 방법

있다. 벨로우즈는 내압, 열하중, 축방향변위 외에도 축 직각방향 변위를 받기 때문에 2차원 유한요소해석은 불가능하여 3차원 모델링과 해석을 수행하였다.

대상 데이터

나타내었다. 위의 조건 이외에도 벨로 우즈의 산의 개수는 7개, 벨로우즈의 두께는 0.8mm, 파이프의 두께는 5.5mm, 파이프와 벨로우즈 연결 부위의 길이는 20mm로 하였다.

성능/효과

이 전의 연구에서 벨로우즈의 최대 응력이 발생하는 부분을 분석한 결과 모든 경우 벨로우즈의 양쪽 끝단 부근에서 생성되었으며 중심부로 갈수록 응력의 크기는 감소하는 경향을 보였다. 이러한 현상을 고려하여 본 논문에서는 양쪽 끝단에 집중되는 응력을 줄일 수 있는 최적의 형상을 알아보았다.
위식을 바탕으로 최적해를 구한 결과, 은 17.8mm에서, Rh 는 11.96mm에서, H는 7.5mm에서 최적해가 도출되었다. 이때 추정된 회귀 모형의 정도를 판단하기 위하여 氏2판정법을 사용하여 계산한 결과 약 99%의 신뢰도를 가졌다.
5mm에서 최적해가 도출되었다. 이때 추정된 회귀 모형의 정도를 판단하기 위하여 氏2판정법을 사용하여 계산한 결과 약 99%의 신뢰도를 가졌다.
벨로우즈에 발생하는 응력은 양쪽 끝 부분에서 가장 큰 응력이 발생하는데, 첫 회선의 형상 변화만으로도 기존의 20%가량의 응력 감소를 유도할 수 있었다. 반응표면 분석의 경향은 벨로우즈의 첫 산 형상 변화의 실험과 흡사하였지만 제조 가능한 치수가 제한되어 있어 설계에 반영하기에는 적절한 수정이 요구된다.

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