Motor Driven Roller 기반 컨베이어 구조물의 공진회피 최적 설계

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확장요약문

MDR(Motor Driven Roller) 기반 컨베이어는 롤러 구동 및 물품 이송 과정에서 발생하는 동적 하중으로 인해 구조 진동이 발생할 수 있으며, 가진주파수와 구조물의 고유진동수가 인접할 경우 공진이 발생할 가능성이 있다. 따라서 구조물의 질량을 최소화하면서 충분한 강성을 확보하고, 고유진동 특성을 고려한 구조 설계가 요구된다.

본 연구에서는 MDR 기반 컨베이어 프레임의 경량화 및 구조 강성 향상을 위해 민감도 분석 기반의 순차적 구조 최적설계를 수행하고, 공진 회피 가능성 평가를 위해 고유진동 특성을 분석하였다. 1 단계 경량화 최적설계에서는 주요 프레임 부재의 두께를 설계변수 후보로 설정하고, 민감도 분석을 통해 최적화 대상 변수를 선정하였다. 구조 질량 최소화를 목적함수로, 변형률 에너지를 제약조건으로 설정하여 정적 강성을 유지하면서 질량을 최소화하는 경량화 설계안을 도출하였다.

2 단계 보강 최적설계에서는 경량화로 확보한 질량 여유를 활용하여 구조 강성을 향상시키고자 하였다. 초기 프레임의 질량을 상한으로 설정하고, 변형률 에너지 최소화를 목적함수로 정의하였다. 민감도 분석을 바탕으로 크로스바 설치 후보 위치를 선정하고, 설치 여부 및 배치 조합에 따른 구조 성능을 비교·평가하여 질량 제약조건을 만족하면서 비교한 조합 중 변형률 에너지가 최소인 보강 구성을 도출하였다.

최적설계 결과, 초기 프레임의 질량을 초과하지 않으면서 경량화 구조 대비 변형률 에너지가 감소하여 정적 강성이 향상됨을 확인하였다. 또한 보강 전·후의 모달 해석을 통해 고유진동수의 변화를 비교·분석하여 크로스바 배치가 구조물의 고유진동 특성에 미치는 영향을 평가하였다. 이를 통해 경량화와 구조 강성 향상을 단계적으로 달성하는 순차적 최적설계의 적용 가능성을 확인하였다. 향후 최종 설계안의 고유진동수와 롤러 구동에 따른 가진주파수를 비교하여 공진 회피 가능성을 검증할 예정이다.