(19) 민 특허청(KR)

(12) 등 특허공보(B1)

(45) 공고 2013 11월08

(11) 등 10-1327111

(24) 등 2013 11월01

(51) 특허 (Int. Cl.)

G06F 17/00 (2006.01) G06F 17/10 (2006.01)

G06F 9/44 (2006.01)(21) 원 10-2012-0058625

(22) 원 2012 05월31

심사청 2012 05월31

(56) 사 헌

KR1020110062237 A

(73) 특허

울시립 산 단

울특별시 동 울시립 163 ( 동,울시립 )

(72)

울특별시 사 당 23 53, 2-207 (동, 트)

지

울특별시 388 동 트 빌트 104동 901

(74) 리

특허 누리

체 청 : 12 심사 :

(54) 칭 그램과 치 그램 연계 상 트랜 듀 상 계

(57)

본 그램과 치 그램 연계 상 트랜

듀 상 계 에 것 다. 본 에 는 링과 동 특

그램에 상 계 변 갱신 치 그램에 다.

라 본 그동 복 상 에 상 가 가능 에 도 상 가

가능 다. 또 상 치 그램 여 므 결과가 리 가능 결과가

에 도 다 상 고리 여 리 상 결과 얻 다.

도 - 도2

등록특허 10-1327111

- 1 -

지원 가연 개 사업

과 고 0045000

처 업청

연 사업 산 연 공동 개 사업

연 과 브리드듀얼 드 어본 트랜 듀 개

여 1/1

주 울시립 산 단

연 간 2011.06.01 ~ 2012.05.31

등록특허 10-1327111

- 2 -

특허청

청 1

그램 치 그램 동 가능 컴퓨 에 는 상 ,

계 변 , 결 는 단계;

상 그램 여 상 링 는 단계;

상 그램 여 상 동 특 는 단계;

상 그램에 상 동 특 상 치 그램 고, 상

치 그램에 상 고리 여 상 계 변 갱신 는 단계;

상 계변 가 상 료 고, 상 계변 가 지 상 치 그램에

갱신 계 변 상 그램 여 상 동 특 는 단계에

다시 는 단계; 포 는 것 특징 는 그램과 치 그램 연계

상 .

청 2

1 에 어 ,

상 그램과 상 치 그램 상 간에 는 , 는

가 타 그램에 독 가능 도 변 는 가상 링 는 것 특징 는

그램과 치 그램 연계 상 .

청 3

1 에 어 ,

상 그램 컴 (Comsol) 고, 상 치 그램 매트랩(Matlab) 것 특징

는 그램과 치 그램 연계 상 .

청 4

그램 치 그램 동 가능 컴퓨 에 는 상 ,

계 변 , 결 는 단계;

상 그램 여 상 링 는 단계;

상 그램 여 상 식 여 미 식 고, 상

미 식에 고 치, 각 드(node) 변 , 가 도, 도, 질량, 강 , , 고 진동

여 상 동 특 는 단계;

상 그램에 상 동 특 상 치 그램 는 단계;

상 치 그램에 상 고리 여 상 계 변 갱신 는 단계;

상 계변 가 상 료 고, 상 계변 가 지 상 치 그램에

갱신 계 변 상 그램 여 상 동 특 는 단계에

다시 는 단계; 포 는 것 특징 는 그램과 치 그램 연계

상 .

청 5

4 에 어 ,

상 치 그램에 상 고리 여 계 변 갱신 는 단계는,

등록특허 10-1327111

- 3 -

상 고 치 진동 드 에 타겟 드 는 단계;

상 타겟 드 고 치 여 상 는 단계;

상 상 계 변 미 여 민감도 고 상 민감도에 라 상 계변

OC(Optimal Criteria) 여 갱신 는 단계; 비 는 것 특징 는 그램과

치 그램 연계 상 .

청 6

5 에 어 ,

상 고 치 진동 드 에 타겟 드 는 단계는,

MAC(Modal Assurance Criterion) 는 것 특징 는 그램과 치 그램

연계 상 .

청 7

삭

청 8

5 에 어 ,

상 민감도에 라 상 계 변 갱신 는 단계는,

체 건 는 것 특징 는 그램과 치 그램 연계 상

.

청 9

그램 치 그램 동 가능 컴퓨 여 몸체 비 는 트랜

듀 상 계 에 어 ,

상 트랜 듀 계 변 상 몸체 도 고, 주 결 는 단

계;

상 그램 여 상 트랜 듀 링 는 단계;

상 그램 여 상 링 트랜 듀 식 여 미

식 고, 상 미 식에 고 치, 각 드(node) 변 , 가 도, 도, 질량, 강 ,

, 고 진동 여 상 동 특 는 단계;

상 그램에 상 동 특 상 치 그램 는 단계;

상 치 그램에 상 고리 여 상 계 변 갱신 는 단계;

상 계변 가 상 료 고, 상 계변 가 지 상 치 그램에

갱신 계 변 상 그램 여 상 동 특 는 단계에

다시 는 단계; 포 는 것 특징 그램과 치 그램 연계

트랜 듀 상 계 .

청 10

9 에 어 ,

상 치 그램에 상 고리 여 계 변 갱신 는 단계는,

상 고 치 진동 드 에 타겟 드 는 단계;

상 타겟 드 고 치 여 상 는 단계;

상 상 계 변 미 여 민감도 고 상 민감도에 라 상 계변

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- 4 -

OC(Optimal Criteria) 여 갱신 는 단계; 비 는 것 특징 는 그램과

치 그램 연계 트랜 듀 상 계 .

청 11

10 에 어 ,

상 고 치 진동 드 에 타겟 드 는 단계는,

MAC(Modal Assurance Criterion) 는 것 특징 는 그램과 치 그램

연계 트랜 듀 상 계 .

청 12

삭

청 13

10 에 어 ,

상 트랜 듀 몸체 체 0 는 것 막 상 몸체 에 도가 변 지 는 보

지역 는 것 특징 는 그램과 치 그램 연계 트랜 듀

상 계 .

청 14

13 에 어 ,

상 보 지역 상 몸체 상 것 특징 는 그램과 치

그램 연계 트랜 듀 상 계 .

본 그램과 치 그램 연계 상 트랜[0001]

듀 상 계 에 것 , 보다 체 는 링과 동 특

그램에 상 계 변 갱신 치 그램에 는

그램과 치 그램 연계 상 트랜 듀 상

계 에 것 다.

경

상 란 상에 계없 에 라 는 다. 상 [0002]

는 고 는 에 여 , 리 계 건

다. , 원 는 건에 여 변 들 계 고 상 고리 거침

원 는 루 도 낼 다.

상 는 다 그램 여 실시 , 들어 치 그램 [0003]

다. 치 란 치 근사값 는 다. 는 것 가능 경우에 계

산 치 계산에 는 차 평가 없 어 여 다.

치 그램 상 는 공 , 리 , 경 등 다 에 고 , 리

결과가 가능 경우에도 상 다. 지만, 치 그램 여 상

는 경우 결과값 직 시 없다는 가 다.

직 결과값 얻 (Finite element analysis, FEA) 라는 컴퓨 시뮬 [0004]

는 것 고 다. 계 상 시 에 과 변 결

는 는 , 공 에 는 컴퓨 링 고, 에 과 과 같

들 고 시각 결과 얻는다. 그램 상 는 경우 내 단

볼 에 결과 직 다. 지만, 그램 시 많

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리가 당 므 상 에 에는 어 움 다.

라 리 가능 결과가 복 상 가지는 경우에도 상 [0005]

, 그 결과값에 도 직 시 는 상 다.

내

결 는 과

본 고 는 상에 계없 상 도 , 상[0006]

결과가 리 가능 게 에 도 리 상 결과 얻 도 는

그램과 치 그램 연계 상 트랜 듀

상 계 공 는 것 다.

과 결 단

같 달 여, 본 실시 에 그램과 치 그램 연[0007]

계 상 그램 치 그램 동 가능 컴퓨 에 는 것

, 계 변 , 결 는 단계, 그램 여

링 는 단계, 그램 여 동 특 는 단계, 그

램에 동 특 치 그램 고 치 그램에 상

고리 여 계 변 갱신 는 단계 계변 가 상 료 고 계변 가

지 치 그램에 갱신 계 변 그램 여 동 특

는 단계에 다시 는 단계 포 다.

본 실시 에 그램과 치 그램 연계 상 [0008]

그램과 치 그램 상 간에 는 , 는 가 타 그램에

독 가능 도 변 는 가상 링 다.

본 실시 에 그램과 치 그램 연계 상 [0009]

그램 컴 (Comsol) 고, 치 그램 매트랩(Matlab) 다.

본 실시 에 그램과 치 그램 연계 상 [0010]

그램 치 그램 동 가능 컴퓨 에 는 것 , 계 변 ,

결 는 단계, 그램 여 링 는 단계,

그램 여 식 여 미 식 고 미 식에 고 치,

각 드(node) 변 , 가 도, 도, 질량, 강 , , 고 진동 여 동 특

는 단계, 그램에 동 특 치 그램 는 단계,

치 그램에 상 고리 여 계 변 갱신 는 단계 계변 가

상 료 고 계변 가 지 치 그램에 갱신 계 변

그램 여 동 특 는 단계에 다시 는 단계 포 다.

본 실시 에 그램과 치 그램 연계 상 에 치[0011]

그램에 상 고리 여 계 변 갱신 는 단계는 고 치 진동 드 에

타겟 드 는 단계, 타겟 드 고 치 여 는 단계

계 변 미 여 민감도 고 민감도에 라 계변 갱신 는 단계 비 다. 고 치

진동 드 에 타겟 드 는 단계는 MAC(Modal Assurance Criterion) 다.

본 실시 에 그램과 치 그램 연계 상 에 민감도에[0012]

라 계 변 갱신 는 단계는 OC(Optimal Criteria) 여 계 변 갱신 다. 또 계

변 갱신 체 건 다.

본 실시 에 그램과 치 그램 연계 트랜 듀 상[0013]

계 그램 치 그램 동 가능 컴퓨 에 는 것 , 트랜

듀 계 변 몸체 도 고, 주 결 는 단계,

그램 여 트랜 듀 링 는 단계, 그램 여 링 트랜 듀

식 여 미 식 고 미 식에 고 치, 각 드(node)

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변 , 가 도, 도, 질량, 강 , , 고 진동 여 동 특 는 단계,

그램에 동 특 치 그램 는 단계, 치 그램에

상 고리 여 계 변 갱신 는 단계 계변 가 상 료

고 계변 가 지 치 그램에 갱신 계 변 그램

여 동 특 는 단계에 다시 는 단계 포 다.

본 실시 에 그램과 치 그램 연계 트랜 듀 상[0014]

계 에 치 그램에 상 고리 여 계 변 갱신 는 단계는 고

치 진동 드 에 타겟 드 는 단계, 타겟 드 고 치 여 는 단계

계 변 미 여 민감도 고 민감도에 라 계변 갱신 는 단계 비

다. 고 치 진동 드 에 타겟 드 는 단계는 MAC(Modal Assurance Criterion)

다.

본 실시 에 그램과 치 그램 연계 트랜 듀 상[0015]

계 에 민감도에 라 계 변 갱신 는 단계는 OC(Optimal Criteria) 여 계 변 갱신

다. 또 계 변 갱신 트랜 듀 몸체 체 0 는 것 막 몸체

에 도가 상 1 보 지역 는 체 건 다. 보 지역 몸체

상 다.

과

본 에 그램과 치 그램 연계 상 [0016]

트랜 듀 상 계 다 상 에 그램 여

링 므 그동 복 상 에 상 가 가능 에 도 상 가 가능 다. 또

상 치 그램 여 므 결과가 리 가능 결과가 에

도 다 상 고리 여 리 상 결과 얻 다.

도 간단

도 1 본 실시 에 그램과 치 그램 연계 상 [0017]

는 컴퓨 타내는 블 도 다.

도 2는 본 실시 에 그램과 치 그램 연계 상 타

내는 도 다.

도 3 MAC(Modal Assurance Criterion) 개 타내는 도 다.

도 4는 OC(Optimal Criteria) 여 계 변 갱신 는 개 타내는 도 다.

도 5는 직 체 상 단 트랜 듀 측 개 타내는 도 다.

도 6 보 지역 트랜 듀 상 결과 타내는 도 다.

도 7 보 지역 트랜 듀 상 결과에 상 타내는 도 다.

도 8 상 트랜 듀 타내는 도 다.

도 9는 트랜 듀 진폭 브 미 여 측 결과 타내는 도 다.

도 10 트랜 듀 가 실험 챔 타내는 도 다.

도 11 매 10시간 마다 트랜 듀 과 비 상태 변 타내는 도 다.

실시 체 내

, 첨 도 참 여 본 람직 실시 들 상 다. , 첨 도 에 동[0018]

는 가능 동 타내고 에 다. 또 , 본 지 리게 는

공지 능 에 상 생략 것 다. 마찬가지 첨 도 에 어 는

과 거 생략 거 개략 도시 었다.

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도 1 본 실시 에 그램과 치 그램 연계 상 [0019]

는 컴퓨 타내는 블 도 다.

도 1에 도시 같 , 본 실시 에 컴퓨 (100)는 (110), 시 (120), 리 (130),[0020]

어 (140) 포 다. (110)는 컴퓨 (100) 사 는 사 가 컴퓨 (100) 동 시키 사

다. (110)는 키보드, 마우드 등 다. 시 (120)는 컴퓨 (100) 동 상태 타낸다.

시 (120)는 니 (monitor) 등 다. 리 (130)는 사 다. 리 (130)

에는 그램 치 그램 다. 본 실시 에 그램 컴

(Comsol) 고 치 그램 매트랩(Matlab) 지만, 에 는 것 니다. 어 (140)는 컴

퓨 (100)가 사 사 도 어 다. 본 실시 에 어 (140)는

그램과 치 그램 동 도 어 , 그램과 치 그램

상 간에 도 어 다.

도 2는 본 실시 에 그램과 치 그램 연계 상 타[0021]

내는 도 , 도 3 MAC(Modal Assurance Criterion) 개 타내는 도 고, 도 4는 OC(Optimal

Criteria) 여 계 변 갱신 는 개 타내는 도 다.

도 2에 도시 같 , 그램과 치 그램 연계 여 상 [0022]

는 우 계 변 결 다(s2100). 계 변 는 는 상 식에

라 달라진다. 상 식 균질 , 도 , 등 다. 균질 계 역에 미

도 여 다. 체 계 역 많 미 단 누고 각 단

빈 공간 처리 다. 단 갖는 강 각 단 빈 공간 뺀 지 에 비 게 다. 그리고

각 체 계 강 균질 에 계산 찾는 다. 도

Rozvany Zhou에 시 었 SIMP라고도 린다. 도 각 도 계변

고 여 체 도 포 꾼다. 도 포가 지 0과 1사 간값 갖는 가

가 다. 것 결 도값에 여 칙 (penalization) 다. 경

계 움직 상 변 시키게 는 재료 비재료 역 경계 게 다. 또 다

진 는 생태계 생 진 여 과 von Mises 과 비 에

라 비 없 가는 식 다. 는 주 에 거 주 동에

등 다.

계 변 가 결 , 그램 여 링 다(S2200). [0023]

링 란 체 상 컴퓨 내 가상공간에 만들어내는 것 , 그램에 는 다

링 공 다.

링 료 , 그램 여 동 특 다(S2300). 동 특[0024]

는 링 식 다. 식 란 미 식 는 것

미 다. 식 미 식 여 고 치, 각 드(node) 변 , 가 도, 도, 질량, 강 ,

, 고 진동 다.

그램에 동 특 는 원리에 는 미 공지 내 므 [0025]

생략 고, 에 고 치 는 것에 만 간략 게 다. 고 치 본 편미

식 여 게 다. 편미 식 래 같다.

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식 1

[0026]

식 1에 는 고 치 linearization point 다. 첫 째 식 우 f는 source term 경계값[0027]

에 여 결 다. 식 1 태 쓰 식 2 같 태 다.

식 2

[0028]

식 2에 E는 질량 , D는 , K는 강 뜻 NF 는 가진 뜻 다. U는 [0029]

변 뜻 , E, D, K, N 루 U 계산 여 다. 만 E=0 라 고

치 가 0 닌 경우에는 차 고 치 다. 비 고 치

그램에 는 차식 근사 여 식 다시 도 다. 그 후 식 2는 간략

다.

경계 건 재료 치에 비 가 포 었 고 값 계산에 가 경우가 다. 러[0030]

경우는 차 고 값 series 처리 다. 그램 고 값 linearization point

주 에 근사식 series 고 값 계산 다.

고 치 고 진동 경우 고 값과 고 진동 계는 식 3과 같다.[0031]

식 3

[0032]

고 치 통 는 고 는 드 상 타낸다. 만 에 damping값 다 고 진[0033]

동 는 damped eigenvalue 값 통 도 고 치는 허 고 고 값 고 진동 치

실 값 치 여 다. 치 고 진동 실 값 실 고 진동 값 고 허 는

값 타낸다. 고 진동 에 고 드 solver에 라 지 다.

러 과 통 그램 각 node 각 도 변 가 도 도 계산 [0034]

고 질량, 강 , 과 고 고 진동 다.

동 특 , 진 동 특 치 그램 다(S2400). 본 실시[0035]

에 는 그램과 치 그램 상 간에 는 , 가상 링

여 는 가 타 그램에 독 가능 도 변 다.

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치 그램 동 특 , 상 고리 계 변 갱신[0036]

다(S2500). 계 변 갱신 는 우 고 치 진동 드 에 타겟 드 다.

에 미 식 복 고 치 다. 경우 각각 고 치 진동 드 에

상 는 타겟 드 다. 타겟 드 MAC(Modal Assurance Criterion) 사

다. MAC 식 4 같 계산 개 도 3에 도시 같다.

식 4

[0037]

식 4에 는 상 는 사 진동 드 타내는 , 는 진 [0038]

재 진동 드 타내는 다. 고 치들 진동 드 고 MAC 계산 여 1에 근

가 값 고 치 진동 드가 타겟 드가 다.

타겟 드 , 타겟 드 고 치 여 다. 후, 민감도[0039]

고 민감도에 라 계 변 갱신 다. 민감도는 계 변 미 여 다. 상

에 계 변 개 는 에는 OC(Optimal Criteria) , MMA(Method of Moving Asymptotes)

등 다. 에 OC 식 5 같다.

식 5

[0040]

계 도 값 변 계 는 치 감쇠 값 다. 는 식 6과 같 주어진다. [0041]

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식 6

[0042]

식 6에 는 , 민감도 값 미 다. λ는 라그랑지 승[0043]

상 드 에 bi-sectioning 고리 통 다.

식 5는 에 OC 만 동 에 것 라 간 어 는 그[0044]

는 동 에 민감도 값 값 가질 다. 동 에 맞게 태

는 식 7과 같다. OC 여 계 변 갱신 는 개 도 4에 도시 어 다.

식 7

[0045]

계 변 가 갱신 , 갱신 계 변 가 는지 단 다(S2600). 계 변 가 지 (No), [0046]

치 그램에 갱신 계 변 그램 다(S2700). 그램

갱신 계 변 여 동 특 는 단계에 복 다. 계 변 가

(Yes), 는 료 고 도 다.

실시[0047]

본 실시 에 그램과 치 그램 연계 상 트랜[0048]

듀 계에 다. 트랜 듀 는 도체 비에 에 지 도체에 달 는

다. 공 는 비 고 진동 가 다.

그러 지 지는 엔지니어 경험과 trial and error 트랜 듀 계 다. 러

변 고 는 도체 키징 에 지 므 , 상 트랜 듀 계에

다.

본 실시 에 그램 컴 (Comsol) 사 고, 치 그램 매트랩(Matlab) 사[0049]

다. 트랜 듀 상 , 도 5에 도시 같 , 측 사각 몸체 비 는 직

체 상 단 다. 계 변 는 트랜 듀 몸체 도 고, 는 몸체

드 고 진동 변 시키는 사 다. 체 는

드 고 진동 주 차 그 드 지 시키는 것 다.

상 식 여 SIMP 사 고, OC 여 도 update 다. 그리고 [0050]

진동 드 여 MAC 사 다. 가 후 우리는 2D 과 3D 상

비 다. 계 특 과 별 여 우리는 3D 여 vibrometer

여 진동변 측 고 1500시간에 당 는 가 실험 실 다.

상 가 진 는 동 질량과 강 update 여 각각 엘리 트(element) 도는 0과 1사[0051]

값 가지게 다. 만 엘리 트 도가 0 라 재료가 없는 다. 에, 엘리 트 도가1 라

재료가 는 다. 상 가 복 계산 는 동 과 도는 식 8과 같 interpolation

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function에 여 근사 다.

식 8

[0052]

interpolation 는 식 9 같 지 태가 다.[0053]

식 9

[0054]

[0055]

식 식 10과 같다. 식 10에 ωi는 복 계산 고 진동 미 고 ωt는[0056]

주 미 다.

[0057]

식 10

[0058]

에 f 체 건 본 실시 에 는 0.7 사 다. Xmin sigular 트릭 지 는 역[0059]

다. 본 실시 에 는 0.001 다.

민감도 , 본 실시 에 는 계변 미 고 민감도 는 식 11과 같다.[0060]

[0061]

식 11

[0062]

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트릭 태 꾼 민감도 는 식 12 같다.[0063]

식 12

[0064]

그리고 민감도 strain 에 지 kinetic 에 지 태 꾸 식 13과 같다. [0065]

[0066]

식 13

[0067]

[0068]

식 13에 Estrain과 Ekinetic 각각 strain 에 지 kinetic에 지 타낸다. 식 13과 같 에[0069]

지 태 타낸 는 다. 들어 여러가지 FEM 드에 가능 다.

MAC 상 계산 과 에 sine 여 사 다. 본 실시 에 는 weighted[0070]

MAC 사 다. WMAC 도가 낮 element가 리 가능 거동 비 여 도 여

가 주는 변 MAC 다. WMAC 식 14과 같 계산 다.

식 14

[0071]

[0072]

계변 민감도 값 갱신 본 실시 에 는 OC 사 다. OC 민감도값[0073]

계변 리거 내리는 고리 다. OC 식 5 6에 다.

과 에 트랜 듀 몸체 체 0 는 것 지 체 건 [0074]

여 다. 본 실시 에 는 과 에 도가 변 지 는 보 지역(fixed region) 다. 보

지역 , 도 5에 도시 같 , 몸체 상 다. 는 트랜 듀 는

몸체 상 에 가 다. 본 실시 에 는 보 지역 크 2가지

여 각각에 실시 다. 에 는 보 지역 8mm PF8 라 고 보

지역 16mm PF16 라고 다. PF8에 SIMP 사 여 결과는 도 6

(a)에 도시 같고, 상 도 7 (a)에 도시 같다. PF16 SIMP 사 여

결과는 도 6 (b)에 도시 같고, 상 도 7 (b)에 도시 같다.

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계 검 결과 상 개 트랜 듀 다. [0075]

wire cutting 가공 sus 만들었다. PF8에 상 트랜 듀 는 도 8

(a) 같고, PF16에 상 트랜 듀 는 도 8 (b) 같다.

트랜 듀 동시키 , ultrasonic generator 여 1kV에 당 는 60kHz [0076]

트랜 듀 에 주었다. 가진 는 트랜 듀 진폭 브 미 여 측 다.

측 트랜 듀 (Ending point, EP)과 (Bonding point, BP)에 실시 다. 측 결과

는 도 9에 도시 같다. 컴퓨 여 고 진동 실 고

진동 차 는 1%미만 측 었다.

또 트랜 듀 (PF16) 1500시간에 당 는 가 경에 실험 다. 가 실험 [0077]

여, 도 10과 같 챔 고 2MPa 지 과 복 가진 주었다.

도 11 매 10시간 마다 트랜 듀 과 비 상태 변 타내는 도 다. 든 [0078]

트랜 듀 는 실험 후에도 강건 거동 보 다.

편, 본 도 에 개시 본 실시 들 본 내 게 고 본 [0079]

돕 특 시 것 뿐 , 본 고 는 것 니다. 여 에 개시

실시 들 에도 본 사상에 탕 다 변 들 실시 가능 다는 것 본

는 에 통상 지식 가진 에게 것 다.

100 : 컴퓨 110 : [0080]

120 : 시 130 : 리

140 : 어

도

도 1

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도 2

도 3

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- 15 -

도 4

도 5

도 6

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도 7

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도 8

도 9

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도 10

도 11

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