실험계획법을 이용한 너클크레인의 최적설계 :Structural Optimization of a Knuckle Crane using the Design of Experiments

송태화

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자료유형: 학위논문

저자정보: 송태화 (한국산업기술대학교, 한국산업기술대학교 일반대학원)

지도교수: 이재학

발행연도: 2018

저작권: 한국산업기술대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.

이용수7

이 논문의 연구 히스토리 (3)

2018

실험계획법을 이용한 너클크레인 텔레스코픽 붐의 구조설계

송태화 , 이재학 한국정밀공학회 학술발표대회 논문집 2018.05 학술대회자료

실험계획법을 이용한 너클크레인의 최적설계

송태화 기계설계공 2018.01 학위논문

2017

텔레스코픽 붐형 지게차의 구조해석

송태화 , 이재학 , 홍정민 대한기계학회 춘추학술대회 2017.05 학술대회자료

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산업용 차량은 고하중의 물체를 들어 올리거나 회전을 통해 화물을 이송하는 크레인과 결합하여 발전해 왔다. 크레인과 결합된 산업용차량은 너클크레인(knuckle crane truck), 고소작업차(aerial lift truck)등이 있으며, 그 중 너클크레인은 중량물의 이송과정에서 관절을 이용하여 중량물을 들어올리는 동시에 붐(boom)의 길이를 자유롭게 조절하여 다양한 작업이 가능하며, 주로 스크랩 및 폐지 등을 상하차 할 때 사용된다.
도시화로 인해 비좁은 도로가 증가하고, 주차공간의 부족으로 인하여 9.5톤 또는 5톤 트럭과 결합되는 대형 너클크레인은 작업공간을 확보하는데 많은 어려움을 겪고 있다. 이러한 문제에 대응하기 위하여 1톤 트럭과 결합하는 소형 너클크레인이 개발되었다. 소형 너클크레인은 1톤 트럭과 결합하기 때문에 좁은 작업공간으로의 원활한 진입과 다자유도를 통해 다양하면서 효율적인 작업이 가능하다. 다양한 작업을 수행하기 위해서는 작업시 안전성과 크레인의 경량화가 요구된다.
본 논문은 소형 너클크레인의 안전성을 확인하기 위하여 유한요소 해석 결과와 재질의 항복강도를 비교하였으며, 한국산업표준에 따른 안전율을 고려하여 파손을 예측하였다. 최대등가응력은 링크2의 플레이트에서 발생하였으며, 안전율을 고려할 경우 파손의 위험이 있다. 따라서 링크2의 플레이트에 대한 실험계획법(Design of Experiment)을 실시하여 최적형상을 도출하였으며 그 결과 링크2의 플레이트에서의 최대등가응력은 초기모델보다 약 84.2%감소하였다. 또한 실험계획법을 통하여 Base 와 Column에 대한 경량화를 진행하여 Base는 기존대비 약 4.8%, Column은 기존대비 15.25%의 무게가 감소하였다.

목차
표 목 차 i
그림목차 ii
국문요약 ⅳ
Nomenclature ⅴ
제1장 서론 1
1.1 연구배경 1
1.2 연구동향 및 문헌연구 3
1.3 연구목적 및 범위 5
제2장 이론적 배경 6
2.1 유한요소법 6
2.1.1 유한요소법의 개요 및 해석절차 6
2.1.2 3차원 응력 및 변형률 7
2.2 재료의 파손이론 9
2.2.1 최대주응력설 9
2.2.2 최대전단응력설 9
2.2.3 전단변형에너지설 10
2.3 실험계획법(Design of Experiment) 11
2.3.1 실험계획법의 정의 및 목적 11
2.3.2 실험계획법의 원리 12
2.3.3 분산분석(Analysis of Variance) 13
2.3.4 요인배치법(Factorial Design) 13
2.3.5 반응표면분석법(Response Surface Analysis) 13
제3장 유한요소 해석 14
3.1 너클크레인의 3D 모델링 14
3.2 요소분할 및 경계조건 17
3.3 해석결과 19
제4장 실험계획법 25
4.1 Link2의 플레이트에 대한 형상최적화 25
4.1.1 실험인자 및 수준선정(3인자 2수준) 25
4.1.2 반응표면분석법(Response Surface Method) 29
4.1.3 반응최적화 35
4.2 크레인의 경량화 36
4.2.1 경량화 모델 선정 36
4.2.2 Base의 경량화 37
4.2.3 Column의 경량화 44
제5장 결론 51
5.1 결론 51
참고문헌 53
Abstract 55

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