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논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 김성재
- 발행연도
- 2023
- 저작권
- 동아대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수2
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본 연구는 링 타입 자동 공구 교환장치(ATC) cam box의 shaft에 대한 가속 수명 시험을 위한 파라미터를 도출하고, Gaussian Process Regression 기법을 통해 도출된 파라미터의 적정성에 대한 평가를 진행하였다. ATC는 공작물의 가공 차례에 따라 필요한 공구들을 자동으로 바꾸어주는 장치를 말한다. 기존 ATC의 신뢰성 연구는 주로 magazine 부위, 고속 주축 등의 공구, 공작기계의 재질 등에 관한 연구가 이루어지고 있으나, 주요 부품인 cam box에 관한 신뢰성 연구는 찾아보기 힘든 실정이다. 최근 항공기, 에너지, 발전설비 산업 등의 확대로 인해 공작기계의 대형화 및 정밀가공, 고속 가공 설비에 대한 수요가 증가하고 있다. 이에 따라 공작물과 공구의 크기가 증가했고, 공구 교환을 담당하는 cam box에 대한 신뢰성 평가가 필요해졌다. 신뢰성 평가 방법의 하나인 가속 수명 시험에 필요한 인자를 해석적 방법을 통해 도출하고, 머신러닝을 통하여 도출된 값을 검증하고자 했다.
본 연구에서는 cam box에 대한 구조 안정성을 확인하기 위해 부품별로 사용되는 소재 분석 및 구조해석을 통해 cam box 작동 시 발생하는 변형 지점 및 응력 집중에 관한 연구를 진행한다. 해석의 경우 유한요소 해석을 수행하기 위해 상용 소프트웨어인 ‘ANSYS Workbench’ 내의 ‘Static Structure’ Tool을 사용하였다. 이후 ‘Static Structure’ 내의 ‘Fatigue tool’을 이용하여 cam gear shaft에 대한 피로 수명과 S-N 선도를 도출하였다. 이를 통해 피로 파손 부위를 파악하였고, notch 개수에 따른 피로 수명 차이를 분석하였으며, 가해지는 하중과 모멘트 증가에 따른 형상 모수를 도출하였다. 도출된 형상 모수는 ‘머신러닝툴’을 이용하여 Gaussian Process Regression(G.P.R)의 초기 데이터로 사용했고, G.P.R을 거쳐 출력된 형상 모수 값과 비교하는 방법을 통해 도출된 형상모수를 검증하였다. 이러한 결과를 통해 해석적 방법으로 도출된 cam gear shaft의 형상 모수에 대한 검증 및 해석적 방법과 G.P.R을 이용하는 process를 통해 다른 model의 회전축에 대한 형상 모수 도출 기법의 방향성 제시에 관한 내용을 보여드리고자 한다.
본 연구에서는 cam box에 대한 구조 안정성을 확인하기 위해 부품별로 사용되는 소재 분석 및 구조해석을 통해 cam box 작동 시 발생하는 변형 지점 및 응력 집중에 관한 연구를 진행한다. 해석의 경우 유한요소 해석을 수행하기 위해 상용 소프트웨어인 ‘ANSYS Workbench’ 내의 ‘Static Structure’ Tool을 사용하였다. 이후 ‘Static Structure’ 내의 ‘Fatigue tool’을 이용하여 cam gear shaft에 대한 피로 수명과 S-N 선도를 도출하였다. 이를 통해 피로 파손 부위를 파악하였고, notch 개수에 따른 피로 수명 차이를 분석하였으며, 가해지는 하중과 모멘트 증가에 따른 형상 모수를 도출하였다. 도출된 형상 모수는 ‘머신러닝툴’을 이용하여 Gaussian Process Regression(G.P.R)의 초기 데이터로 사용했고, G.P.R을 거쳐 출력된 형상 모수 값과 비교하는 방법을 통해 도출된 형상모수를 검증하였다. 이러한 결과를 통해 해석적 방법으로 도출된 cam gear shaft의 형상 모수에 대한 검증 및 해석적 방법과 G.P.R을 이용하는 process를 통해 다른 model의 회전축에 대한 형상 모수 도출 기법의 방향성 제시에 관한 내용을 보여드리고자 한다.
목차
I. 서 론 11.1 연구 배경 11.2 연구 동향 31.3 연구 목표 4Ⅱ. 캠박스 구조 안정성 검토 52.1 링 타입 ATC의 구조 52.2 Cam box의 구조해석 6Ⅲ. 캠 기어 shaft에 대한 피로 해석 83.1 피로 해석 유효성 검토 83.2 수명 시험 이론 113.3 캠 기어 shaft 피로 해석 조건 163.4 통계를 이용한 형상 모수 분포 21Ⅳ. 머신러닝을 이용한 검증 234.1 Gaussian Process Regression 234.2 G.P.R을 이용한 형상 모수 검증 23Ⅴ. 결론 28참고문헌 30Abstract 32감사의 글 34
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