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    학술대회 참관기 게시판 내용
    제목 WCSMO-12(World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization-12) 참관기
    작성자 정재순
    작성일 2017-06-16 오후 2:38:08







    WCSMO-12(World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization-12)는 국제 최적설계학회인 ISSMO(International Society for Structural and Multidisciplinary Optimization)에서 주관하는 최적설계분야의 세계적인 학술대회이다. 1991년 10월 George Rozvany교수에 의해 ISSMO가 설립된 이래 WCSMO는 1995년을 시초로 격년마다 개최되어왔다. 이번 WCSMO-12은 Technical University of Braunschweig의 Thomas Vieter 교수와 University of Colorado Boulder의 Kurt Maute교수를 비롯하여 총 다섯 명의 교수가 공동으로 주관하였으며 독일의 Technical University of Braunschweig에서 6월 5일 (월요일)부터9일(금요일)까지 5일간 열렸다.

    학술대회가 열린 브라운슈바이크는 폭스바겐으로 익숙한 볼프스브루크 바로 옆에 위치한 인구 20만의 작은 도시이다. 비록 도시의 규모는 작지만 브라운슈바이크는 오랜 전통을 갖고 있으며 독일 내에서 학술적으로 유명한 도시 중 하나이다. 브라운슈바이크는 천재 수학자 가우스가 출생한 도시로 유명하며, 학술대회 장소인 Technical University of Braunschweig는 독일의 9개의 대표적인 공과대학(TU9)에 속하고 있는 과학기술 중심 대학이다.

    세계 최대의 자동차회사인 폭스바겐 근처에 위치한 지리적 위치 덕분에 Technical University of Braunschweig은 자동차 산업 중심의 연구를 하고 있으며, 완성차 업체인 폭스바겐 뿐만 아니라 Bosch등 독일의 다양한 자동차 부품사들과 긴밀한 협력관계를 갖고 있다. 때문에 이번 학술대회에서는 폭스바겐의 설계 엔지니어들과 Technical University of Braunschweig의 학생들의 최적설계 기술을 이용한 차체 및 자동차 부품 설계를 주제로 하는 많은 발표들이 있었다.

    WCSMO-12에서는 총 451편의 논문이 발표되었고, 이중 418편이 구두발표, 나머지 33편이 포스터발표이다. 발표된 논문의 주제는 위상 및 형상 최적화, 신뢰성기반 설계, 마이크로/나노 재료, 자동차, 항공우주, Additive manufacturing, 다중물리 등 매우 넓고 다양했다. 발표된 논문의 주제들만큼이나 발표자들의 출신지도 아시아, 아메리카, 유럽, 오세아니아 등 다양했다.

    이렇게 다양한 배경과 국적의 사람들이 모인 WCSMO-12는 많은 연구들을 보고 배우고 토론할 수 있는 귀중한 시간이었다.








    일반적인 학술대회와 마찬가지로 이번 WCSMO-12는 첫 날의 Opening Ceremony를 시작으로 참석자들의 연구가 발표가 있었고 마지막 날의 Banquet을 끝으로 모든 행사가 마무리되었다. 그러나 일반적인 학술대회에서는 경험하지 못했던 WCSMO-12만의 행사가 있었는데 그 중 인상 깊었던 두 가지를 소개하고자 한다.




    학술대회의 네 번째 날(6월 8일) 열린 State-of-the-Art(SOTA) Discussion은 최적설계 분야의 신기술을 토론할 수 있는 시간이다. SOTA Discussion은 WCSMO의 전통으로 최적설계 분야의 입문자와 오랜 연구경험이 있는 전문가들이 모두 열린 마음으로 이 분야의 현재 현황과 향후 발전방향에 대해 토의하는 매우 중요한 시간이다.

    ISSMO의 현 회장이신, 중국 Dallian University of Technology의 Gengdong Cheng교수님이 좌장을 맡으셨고, 아래의 4명의 Panelist들이 각각 Topology optimization, Design uncertainty, Material design, 그리고 Design applications에 대해 발표하고 참석자들과 토론하였다. Panelist들의 발표에서는 학술대회에서 발표된 논문들의 통계자료를 제공해 주어서 최근 연구의 흐름을 파악하는데 많은 도움이 되었다.








    학술대회 마지막 날 (6월 9일)에는 학회 측에서 브라운슈바이크 근처의 짧은 단체여행 기회를 마련해주었다. 두 가지 옵션이 있었는데, 하나는 볼프스브루크에 있는 폭스바겐 공장의 방문객들을 위한 전시장인 ‘Autostadt’ 이고 다른 하나는 브라운슈바이크 근처의 마을인 고슬라의 유네스코 세계 문화유산으로 지정된 폐광 방문이었다. 두 곳 모두 독일에서 내로라하는 특별한 장소이지만 필자는 아쉽게도 비행기 시간 때문에 단체여행에 참석하지 못했다.




    이번 WCSMO-12에서는 다양한 주제에 대한 451편의 논문들이 발표되었는데 그 중 흥미로웠고 국내의 연구자들에게 도움이 될만한 몇 개의 연구들을 요약하여 소개하고 싶다.

    (1) 자동차 구조의 아이들링 진동저감을 위한 BIW구조의 위상최적화 방법 개발
    (Development of BIW Topologic Optimization Method for Automotive Idling Vibration)

    - Haitao Du (Pan Asia Technical Automotive Center Co, Ltd., Shanghai, China)



    정지하고 있는 자동차 구조의 엔진에 의하여 발생하는 아이들링 진동은 시내주행에서 자주 발생하는 운전조건이다. 이러한 아이들링 진동을 저감하기 위해서는 일반적으로 자동차 구조의 BIW(Body in White)를 최적화 하는 것이 동력계를 최적화 하는 것보다 효과적이라고 알려져 있다. 본 논문에서는 BIW구조의 최적화를 위하여 위상최적화를 적용하였다. 논문에서 제안하는 위상최적화 알고리즘을 이용하면 BIW에서 진동에 약한 부분을 찾을 수 있으며, 이렇게 알아낸 부분을 보강하는 방법으로 아이들링 진동을 크게 저감할 수 있었다.
     









    (2) 자유진동 문제를 위한 그래핀 판의 형상 최적설계
    (Shape and structural design optimization of graphene sheets in natural vibration problem)

    - Jin-Xing Shi (Toyota Technological Institute, Nagoya, Japan)


    그래핀 판(Graphene Sheet, GS)은 탄소 원자가 단일층의 벌집모양의 격자로 배열된 가장 강하고 얇은 재료이다. 이렇게 우수한 기계적, 전기적 특징 때문에 최근 GS는 NanoElectroMechanical System(NEMS)의 재료로 각광받고 있다. 이 연구는 GS의 고유진동수를 증가시키기 위한 형상최적화를 수행하였다. 먼저 Molecular Mechanics (MM) 방법을 이용하여, GS를 연속체의 프레임 구조로 모델링 하였다. 그리고 Free-form 최적화 방법을 이용하여 프레임구조의 형상 최적화를 수행했다. 최적화 문제는 부피제약조건하에서 고유진동수를 최대화하는 문제로 정의된다. 수치해석결과 GS의 고유진동수가 크게 증가했으며, 이는 향후 NEMS에서 이용되는 GS의 설계에 큰 도움을 줄 것으로 기대된다.






    (3) Additive Manufacturing을 위한 최적 지지구조 설계
    (Optimal external support structure design in additive manufacturing)

    - Yu-Hsin Kuo (National Chung Cehng University, Taiwan)


    3D 프린팅 같은 적층형 생산방법(Additive Manufacturing)들은 돌출된 부분을 지지하기 위한 구조가 필수적이다. 본 논문에서는 3D프린팅에서 지지구조의 강성을 최대화하고 생산이 완료되면 쉽게 제거될 수 있으며 지지구조를 생성하는 시간과 재료사용을 최소화 하는 다양한 관점에서 최적설계를 이용했다. 이러한 목적으로 지지구조를 쉽게 제거하고 출력되는 구조 표면에 남는 재료의 양을 최소화 하기 위한 척력지수(Repulsion index, RI)를 정의하였다. 최종적으로는 척력지수를 이용하여 다목적 위상최적화 문제를 정의하고 지지구조를 설계하여 제안하는 방법의 생산 효율성을 검증하였다.





    (4) 위상최적화와 이방성 메쉬 적응방법을 결합한 2D/3D 열전도 문제
    (Solving 2D/3D Heat Conduction Problems by Combining Topology Optimization and Anisotropic Mesh Adaptation)

    - Kristian Ejlebjerg Jensen (Technical University of Denmark, Denmark)


    최근 이방성 메쉬 적응방법은 위상최적화 기법을 결합되어 3차원 구조의 컴플라이언스 최소화 문제에 적용되었다. 본 논문에서는 이전의 연구에서 개발한 기법을 2차원 그리고 3차원 열전도 문제에 적용했다. 절점에서 정의된 설계변수와 self-adjoint 특성을 갖는 목적함수를 이용했으며, 개발한 방법은 5527줄의 MATALB 코드로 작성되어 공유하고 있다. 고정된 메쉬의 최적화 결과와 메쉬 적응방법이 적용된 최적화 결과를 비교했을 때 메쉬 적응방법의 결과가 더 안 좋았으며 특히 3차원 문제에서는 이러한 경향이 더욱 심했다. 하지만 메쉬 적응방법을 이용한 위상최적화 방법은 이방성 메쉬에서도 제작이 용이한 형상을 얻을 수 있다는 장점이 있다.






    (5) 보조변수와 유한요소 해석에 기반한 해머링 시험의 입력 음압 신호 검출
    (Identification for input sound pressure level in hammering test based on adjoint variable and finite element method)

    - Eiki MATSUOKA (Nagaoka University of Technology, Niigata, Japan)


    본 논문은 비파괴 해머링 검사에서 해머링 신호의 검출을 위한 역해석 방법을 제안한다. 이를 위해 실험을 통해 얻어진 음압 신호와 수치해석을 통해 계산된 음압의 차이의 제곱의 합을 최적화 문제의 목적함수로 설정했다. 여기서, 최적화 문제는 목적함수를 최소화하는 입력 신호를 찾는 것이다. 수치해석을 위해 음파 방정식과 유한요소 법이 사용되었으며 수치예제를 통해 제안하는 방법이 입력 신호를 검출할 수 있음을 검증하였다.






    (6) Additive manufacturing과 위상최적화에 기반한 격자구조에 대한 연구
    (A Study of Lattice Structures Based on Topology Optimization and Additive Manufacturing)

    - Takafumi Nishizu(Hiroshima University, Hiroshima, Japan)


    격자구조는 다양한 구조물에서 무게를 줄이기 위해 일반적으로 사용되고 있다. 격자구조의 형상은 구조적인 성능과 밀접한 관계를 가지고 있는데, 최근 격자구조를 이용하여 한층 더 진보된 기계적인 성능을 갖는 복합재료를 만들기 위해 학계와 산업계에서 많은 관심을 보이고 있다. 격자구조는 좋은 기계적 성능을 보이면서 가볍게 만들 수 있는 큰 장점을 가지고 있기 때문에 최적설계를 적용하면 기존의 성능을 한 단계 더 진보시킬 수 있을 것으로 기대되고 있다. 본 논문에서는 위상최적화를 이용하여 격자구조의 체적탄성계수를 최대화하는 설계를 수행했다. 최적화된 구조는 금속 적층 생산방식인 Electron Beam Melting(EBM)을 이용하여 제작되었고 실험을 통해 설계한 구조의 성능이 검증됐다.







    (7) 판 형상의 공진구조를 갖는 국부공진 메타물질의 최적 위상설계
    (Optimal topology design of locally resonant metamaterial with plate-like resonator)

    - Jaesoon Jung(Gwangju Institute of Science and Technology, Gwangju, Republic of Korea)


    최근 활발히 연구되고 있는 국부공진 메타물질은 국부적으로 공진하는 구조를 통해 전파하는 파동을 효과적으로 제어할 수 있는 시스템이다. 본 연구에서는 국부공진 메타물질을 이용하여 구조전달 소음을 저감하기 위한 최적설계 연구를 수행했다. 국부공진 메타물질은 공진구조가 삽입된 단위구조로 그 특성을 설명할 수 있다. 삽입된 공진구조에 의해 단위구조를 주기적으로 배열할 경우 파동이 전파하지 못하는 주파수 대역인 Stop band가 생성되는데 이러한 특성을 설계할 수 있다면 원하는 주파수대역에서 구조를 통해 전달되는 소음을 크게 저감할 수 있다. 본 연구에서는 이러한 목적으로 판 형상의 공진구조를 갖는 단위구조의 해석방법과 두께분포 설계 방법을 제안한다. 제안한 방법으로 목적하는 주파수 대역에서 Stop band가 생성되도록 공진구조의 두께분포를 설계했으며 원하는 주파수대역(600Hz)에서 구조를 통해 방사되는 소음을 크게 줄일 수 있는 것을 수치해석을 통해 검증했다. 향후 이 연구는 자동차, 항공기, 선박 등의 수송기계와 건물의 층간소음 저감에 적용 될 수 있을 것으로 기대된다.

     












    WCSMO-12는 2년전 시드니에서 열린 WCSMO-11에 이어 필자가 연속으로 참가하고 있는 해외학술대회이다. 개인적으로는 이번 학술대회를 통해 처음으로 유럽을 방문했는데 동양과는 다른 새로운 문화와 환경을 접할 수 있는 매우 좋은 기회였다. 학술대회가 개최된 독일의 도시들은 잘 정돈되어 있다는 인상을 주었고 독일 시민들 또한 필자와 같은 방문자에게 굉장히 친절했다.

    이번 학술대회에서는 적층 생산방식(Additive manufacturing, AM)과 위상최적화를 결합하기 위한 많은 시도들이 보였다. 위상최적화를 이용하면 제한된 재료로 강성을 최대화하는 형상을 만들 수 있기 때문에 AM과 결합한다면 큰 효과를 낼 수 있을 것으로 기대된다. 이에 관한 연구로 AM의 생산과정에 필요한 지지구조 설계, 위상최적화를 이용하여 설계된 자동차 및 항공기 부품 구조의 AM을 이용한 생산, 그리고 위상최적화로 설계된 격자형 재료의 AM을 이용한 제작 등 많은 주제들이 이번 학술대회를 통해 발표되었다. 향후에는 AM과 위상최적설계를 결합하는 점점 더 많은 연구들과 다양한 적용 분야들이 있을 것으로 예상된다.

    학술대회에서 위상최적화에 이어 두 번째로 많이 다뤄졌던 주제는 신뢰성 해석 및 신뢰성 기반 설계이다. State-of-the-Art (SOTA) Discussion시간에는 이에 대한 연구현황을 중국의 Zhan Kang교수가 발표했었는데, 놀랍게도 한국이 이번 학술대회에서 이 주제에 관해 가장 많은 논문을 발표하는 나라였다. 신뢰성에 대한 주제는 아직까지 산업현장에서는 많이 사용되고 있지 않지만, 기업들이 점점 더 필요성을 인식하고 있으며 많은 양의 데이터를 축적하고 있다. 향후에는 신뢰성 해석과 이를 기반으로 한 설계 방법을 갖춘 다양한 상용 소프트웨어들이 개발되고 쓰여질 것으로 기대된다.

    필자는 이번 WCSMO-12를 통해서 다양한 국적, 분야, 대학 및 회사의 연구자들과 교류할 수 있었으며 최적설계 기법과 응용분야 그리고 다양한 산업에서 최적설계가 어떻게 사용되고 있는지 확인할 수 있는 매우 뜻 깊은 시간이었다. 필자는 기회가 된다면 2년뒤에 열리는 WCSMO-13에도 참석하고 싶으며, 다양한 분야의 전문가분들에게 이 학술대회를 추천하고 싶다.

     


     

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    전체댓글5

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    |2017.06.29
    직접 다녀오지는 않았지만, 정말 유익한 정보들이 많네요! 저도 소음 진동 최적설계 분야 연구하고 있는데, 매우 좋은 정보들도 많아서 큰 도움이 되었습니다!
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    |2017.06.22
    글 속에서 정재순님의 학문에 대한 열정을 느낄 수 있었습니다. 국부공진 메타물질을 이용하여 판 형상의 공진구조를 갖는 단위구조의 해석방법과 두께분포 설계로 소음을 줄일 수 있는 결과를 수치해석으로 검증하셨다고 하니 , 특히나 문제가 되고 있는 층간소음저감에 적용이 빨리 될수 있으면 좋겠습니다.
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    |2017.06.21
    독일 너무 멋지네요.
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