A jig is a fixture used to fix components on a testing machine for performance testing. Currently, there is a problem related to the increase in the size of automotive components, which has led to become bigger of associated jig models. This study aims to reduce weight and improve the natural frequency by performing shape and size optimization through the topology optimization result of the previous study. For this purpose, parameter-based shape optimization for reducing weight was conducted for the hollows in each rib. And, dimension optimization for the thickness of ribs with maximum deformation, which is the point of maximum strain. The optimized model achieved a 20% reduction in weight and a 25% improvement in natural frequencies.

지그는 부품의 성능 테스트를 위해 시험기 위에 부품을 고정하기 위한 고정장치이다. 현재 자동차 부품들의 대형화로 인해 관련 지그 모델도 동시에 대형화되면서 무게가 증가하고 있다는 문제점이 있다. 본 연구에서는 지난 연구의 결과인 위상최적화 모델에서 형상 및 치수최적설계를 통해 경량화와 고유진동수 개선을 목표로 한다. 이를 위해 리브별 중공에 대하여 파라미터 기반 형상최적설계를 통해 경량화를 수행하였다. 그리고 최대 변형이 발생하는 지점에 대하여 리브들 두께의 치수최적설계를 통하여 고유진동수를 개선하였다. 최적화 모델은 20%의 경량화와 고유진동수가 25% 개선된 결과를 도출하였다.

The strut tower brace is one of the components that can improve the running stability of a vehicle. The component has received steady attention for a long time due to its affordable prices and easy installation. However, strut tower braces sold in the market have a variety of structures not identical. Moreover, most do not contain sufficient information related to safety and stability. Thus, this study aims to analyze and compare the structural behaviors of the strut tower braces having various body shapes under bending and compressive scenarios. For this purpose, this study selected six representative models in the market and calculated structural behaviors (stress and deformation) using finite element analysis. As a result, this study found that the body shape has a decisive effect not only on the durability of the strut tower brace but also on the safety and stability of the vehicle. Among them, the body shape with a long reinforcement structure from the center showed the best bending and compressive performance. Also, this study confirmed that the two performances can be simultaneously improved not contradictory depending on body shape.

스트럿 바는 차량의 주행 안정성을 향상시킬 수 있는 구성 요소 중 하나이다. 이는 저렴한 가격과 간단한 설치로 오랫동안 꾸준한 관심을 받아왔다. 그러나 시중에서 판매되는 스트럿 바는 동일하지 않은 다양한 구조를 지니고 있다. 더불어 대부분 제품들은 안전성 및 안정성과 관련된 충분한 정보를 제공하지 않는 상황이다. 따라서 본 연구는 다양한 몸체 형상을 갖는 스트럿 바의 굽힘 및 압축 시나리오에 따른 구조적 거동을 분석하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 현재 판매 및 활용되고 있는 대표적인 모델 6개를 선정하고 유한요소해석을 통해 구조적 거동(응력 및 변형)을 계산하였다. 그 결과, 스트럿 바의 형상이 내구성뿐만 아니라 차량의 안전성 및 안정성에도 결정적인 영향을 미친다는 것을 확인했다. 그 중 중앙부터 긴 보강구조를 지닌 구조가 가장 좋은 굽힘 및 압축 성능을 보였다. 또한 본 연구를 통해 형상에 따라 두 성능이 상충되지 않고 동시에 향상될 수 있음을 확인하였다.

Spent nuclear fuel cladding serves as a barrier to prevent radioactive materials from leaking to the outside. However, the hydride re-orientation phenomenon that occurs when nuclear fuel is cooled causes cracks in the cladding, leading to fragility. Accordingly, a study was conducted to predict the minimum resistance path (Radial Hydride Continous Path, RHCP) for virtual crack propagation within the cladding. However, the predicted path produces different results depending on the conditions and algorithms applied to the image, so additional research is needed for standardization. Therefore, in this study, we intend to propose a highly reliable method by predicting the path of minimum resistance through Dijkstra's algorithm to find the shortest path and analysis of the structural behavior of the cladding.

사용후핵연료 피복관은 발생되는 방사성 물질이 외부로 누출되는 것을 막는 방벽역할을 한다. 다만, 핵연료 냉각시 발생하는 수소화물 재배열현상은 피복관에 균열을 발생시켜 취약하게 만든다. 이에 피복관 내 가상 균열 전파에 대한 최소 저항 경로(Radial Hydride Continuous Path, RHCP)를 예측하는 연구가 진행되었다. 다만, 예측된 경로는 이미지에 적용된 조건과 알고리즘에 따라 다른 결과를 도출하여 표준화를 위한 추가적인 연구가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 최단 경로를 찾는 다익스트라 알고리즘과 피복관의 구조적 거동 분석을 통해 최소 저항 경로를 예측하여 신뢰성 높은 방안을 제안하고자 한다.

A representative non-invasive method to evaluate bone strength is a finite element analysis-based compressive test. However, due to the porous structural nature of bone, the material in the finite element model obtained from micro-CT images is non-uniformly distributed. These characteristics cause differences in the apparent elastic modulus depending on the boundary conditions. Therefore, the purpose of this study is to validate a finite element analysis-based compressive test to derive the apparent elastic modulus, an indicator of bone strength, under various boundary conditions in order to clearly determine the apparent elastic modulus. To this end, four non-uniform models were constructed with increasing model complexity. In addition, four representative compression tests were applied as boundary conditions and analyzed. As a result, the apparent elastic modulus under the partially constraint boundary condition showed different results depending on the load application location even in the same specimen. This means that finite element analysis-based compressive test of non-uniform materials requires careful selection of boundary conditions.

비침습적으로 골강도를 평가할 수 있는 방법으로는 유한요소해석을 이용한 가상 압축시험이 대표적이다. 다만, 골의 다공성(porous) 구조적 특징으로 인해 micro-CT 이미지로부터 획득한 유한요소모델의 물성은 불균일하며, 유한요소해석의 경계조건에 따라 겉보기 탄성계수의 차이가 발생한다. 이에 가상 압축시험에 의한 겉보기 탄성계수를 명확하게 규명하기 위해서는 여러가지 경계 조건에서의 겉보기 탄성계수 결과를 분석할 필요가 있다. 따라서, 본 연구에서는 골 강도 평가 지표인 겉보기 탄성 계수 도출을 위한 가상 압축 시험을 다양한 시험 조건에서 검증하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 모델의 복잡도를 증가해가며 다양한 불균일 모델을 구성하였다. 그리고 대표적인 압축시험 4가지를 경계조건으로 적용하여 해석하고, 겉보기 탄성계수를 도출하여 비교 검증했다. 연구결과 일부 구속경계 조건을 적용한 경우 동일한 시편에서도 하중인가 위치에 따라 다른 겉보기 탄성계수를 도출하였다. 이는 불균일 재료의 가상 압축 시험은 경계 조건의 신중한 선택이 필요함을 의미한다.

The standard Dubeolsik keyboard layout is primarily used for Korean input. However, this layout is suboptimal and causes unnecessary finger movements. To address this issue, an improved layout was derived using a genetic algorithm. The improved layout looks significantly different from the original layout, making it challenging to use. Additionally, the fitness calculation in the original layout treated all fingers equally, so there is a need for improvement to account for differences in each finger's capabilities. Furthermore, to achieve faster results and higher optimization, the Cycle crossover method is introduced. Therefore, this seminar aims to derive an improved array using a genetic algorithm with a new fitness calculation method and cross-over method

표준 두벌식 배열은 한글 입력에 주로 사용되고 있는 키보드 배열이다. 이 배열은 최적화가 미흡하여 손가락의 불필요한 움직임을 발생시킨다. 이를 해결하기 위해 유전 알고리즘을 활용하여 개선된 배열을 도출하였다. 그러나 개선된 배열은 기존의 배열과 크게 다른 모습으로 사용에 어려움이 있다. 또한 기존의 적합도 계산은 모든 손가락을 동일하게 계산하였기에 각 손가락에 따른 차이를 두는 개선이 필요하다. 추가적으로 기존보다 빠른 결과와 높은 최적화를 얻기 위해 Cycle crossover 방식을 적용한다. 따라서, 본 세미나에서는 새로운 적합도 계산법과 교차 방식을 사용한 유전 알고리즘을 활용하여 기존의 두벌식 배열과 비슷한 개선된 배열을 도출하는 것을 목표로 한다.

In order to optimally design a jig model, an accurate model must first be created. Ansys is one of the powerful tools for analyzing model behavior. There are two ways to create a model using solid and shell elements. Additionally, there are two analysis programs: Workbench and APDL. Therefore, when analyzing, it is necessary to verify how each element is interpreted differently and how it is interpreted in each program. The goal of this presentation is to learn how to create solid and shell models that match the received jig model and to compare and verify the results when created.

Jig 모델의 최적 설계를 하기 위해서는 우선 정확한 모델을 만들어야 한다. Ansys 는 모델의 거동을 해석할 수 있는 강력한 툴 중 하나이다. 모델을 만드는 방법에는 Solid 와 Shell 요소를 이용하여 만드는 방법이 있다. 또한 Workbench 와 APDL이라는 두가지 해석 프로그램이 존재한다. 따라서 해석을 할 때 각각의 요소가 어떻게 다르게 해석 되는지 각 프로그램에서는 어떻게 해석이 되는지 검증할 필요가 있다. 본 발표의 목표는 수령 받은 Jig 모델과 일치하는 Solid 와 Shell 모델을 만드는 방법과 만들었을 때 결과의 비교 검증을 하는 것이다.

Full Design Domain Search is one of the topology optimal design methods, and it is possible to derive the most ideal model according to the equation. However, the amount of calculation was large and it was very difficult to reach convergence. To solve this problem, we performed a Reduced Design Domain Search that simplified the design variables by creating a simplified model under similar conditions to the reference model. However, in previous studies, there were too many design variables, so convergence was difficult. Accordingly, in this study, in order to reduce design variables, the sensitivity of each rib shape and dimension was analyzed and the relationship between design variables was identified.

Full Design Domain Search는 위상최적설계의 방법 중 하나로, 식에 따라 가장 이상적인 모델을 도출을 가능하다. 다만, 계산량이 많고 수렴에 도달하기 매우 어려운 문제를 발생했다. 이를 해결하기 위해, 원본 모델과 유사한 조건으로 단순화된 모델을 생성하여 설계 변수를 단순화한 Reduced Design Domain Search를 수행했다. 다만, 이전 연구에서 설계 변수가 너무 많아 수렴이 원활히 되지 않는 문제를 발생했다. 이에 본 연구에서는 설계 변수를 줄이기 위해 리브의 형상 및 치수별 민감도를 분석하고 설계변수의 관계성을 파악했다.

A hydride is arranged inside the spent fuel storage cladding. At this time, the hydride rearranged in the radial direction acts as a direct path for the propagation of cracks in the cladding, reducing mechanical properties such as ductility and fracture toughness of the cladding. In order to secure the safety of spent nuclear fuel, it is necessary to evaluate the mechanical integrity of the cladding according to the geometrical characteristics of the hydride. In addition, it is very important to determine the degree of embrittlement of hydrides by evaluating the virtual crack propagation path. Therefore, this study aims to develop a GUI that calculates RHF and RHCP for crack analysis of cladding.

사용 후 핵연료 저장 피복관 내부에 수소화물이 배열된다. 이때 방사방향으로 재배열된 수소화물은 피복관 균열 전파에 직접적인 경로로 작용하여 피복관의 연성과 파괴인성 등의 기계적 물성을 감소시킨다. 사용 후 핵연료의 안전성을 확보하기 위하여 수소화물의 기하학적 특성에 따른 피복관의 기계적 무결성을 평가하는 것이 필요하다. 또한 가상의 균열 전파에 대한 경로를 평가하여 수소화물의 취화정도를 파악하는 것은 매우 중요하다. 따라서 본 연구에서는 피복관의 균열분석을 위한 RHF와 RHCP를 계산하는 GUI를 개발하는 것을 목표로 한다.

A bone scaffold is an artificial structure that provides an environment for bone tissue growth and formation. An ideal bone scaffold should be able to provide appropriate mechanical properties depending on the implantation site and should be able to respond to load by transmitting distributed forces to the surrounding tissue. However, human bones have different morphological characteristics depending on their location and different bone microstructures for each patient. Therefore, for successful scaffold transplantation, the scaffold implantation angle for each patient should be considered. Therefore, this study aims to conduct a scaffold implantation angle optimization study considering the bone scaffold implantation position.

골용 스캐폴드는 골 조직의 성장 및 조직 형성을 위한 환경을 제공할 수 있는 인공 구조물이다. 이상적인 골용 스캐폴드는 이식 부위에 따라 적절한 기계적 특성을 제공할 수 있어야 하며, 주변 조직에 분산된 힘을 전달함으로써 부하에 반응할 수 있어야 한다. 그러나 인체의 뼈는 위치에 따라 형태학적 특징이 다를 뿐만 아니라, 환자별로 서로 다른 골 미세구조를 가지고 있다. 그러므로 성공적인 스캐폴드 이식을 위해서 환자 별 스캐폴드 이식 각도를 고려해야 한다. 따라서 본 연구에서는 골용 스캐폴드 이식 위치를 고려한 스캐폴드 이식 각도 최적화 연구 수행하는 것을 목표로 한다.

The jig for automotive lamps is facing a problem of reduced natural frequencies due to its increased weight caused by upscaling. To solve this problem, topology optimization is needed. This study aims to analyze the results of topology optimization considering the natural frequencies of the jig. First, the process of creating a finite element model using MATLAB and ANSYS APDL and performing topology optimization will explain. Starting from excluding unnecessary parts from the initial design region to create a finite element model and obtaining the useful region. The results of topology optimization will be analyzed the optimized jig by fixed support positions.

자동차 램프용 지그는 대형화로 인해 무게가 증가하여 고유진동수가 낮아지는 문제점이 발생하고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 위상최적설계가 필요하다. 본 연구에서는 지그의 고유진동수를 고려한 위상최적설계 결과에 대해 분석하는 것을 목표로 한다.  먼저 MATLAB과 ANSYS APDL을 통한 유한요소모델 생성부터 위상최적설계 과정까지 핵심 code를 중심으로 설명하고자 한다. 초기 설계영역에서 불필요한 부분을 제외한 유용영역만을 도출하여 유한요소모델을 생성하는 단계부터 자세하게 다뤄볼 것이다. 위상최적설계의 결과는 고정부 위치에 따른 지그의 최적화 결과를 분석할 것이다.

In order to provide stable and consistent treatment with a wrist massager for home use, it is necessary to prevent module separation due to daily loads occurring during use. In particular, there is a need to improve the fastening force for the pressure generated in the longitudinal direction (side) of the module. This can reduce the possibility of breakage or malfunction of the wrist massager at home in the long run, improving the lifespan, durability and reliability of the product, which can reduce additional expenses such as repair costs. In addition, by securing higher durability than existing products through structural analysis, it has the advantage that it can be used for a long time compared to other products on the market. As a result, consumers do not have to purchase new products, so they can achieve cost savings. The purpose of this study is to develop a design plan to improve the coupling force of the module joint of a wrist massager for home use through structural analysis.

­ 가정용 손목 마사지기로 안정적이고 일관된 치료를 제공하기 위해서는 사용 중 발생하는 일상 하중에 의한 모듈 분리 방지가 필요함. 특히, 모듈의 길이 방향(측면)으로 발생하는 압력에 대한 체결력 개선이 필요한 상황이다. ­ 이는 장기적으로 가정용 손목 마사지기의 파손이나 오작동 가능성을 줄여 제품의 수명·내구성 및 신뢰성을 향상할 수 있으며, 이는 수리 비용과 같은 추가 지출을 감소시킬 수 있다. 또한 구조 해석을 통해 기존의 제품보다 더욱 높은 내구성을 확보함으로써 시중의 다른 제품 대비 오랫동안 사용할 수 있다는 장점이 생긴다. 이에 따라 소비자는 새로운 제품을 구매하지 않아도 되기에 비용 절감 효과를 얻을 수 있다. 본 연구의 목정은 구조 해석을 통한 가정용 손목 마사지기의 모듈 조인트 체결력 개선 설계안 개발이다.

Keimyung University Robot engineering is a future-oriented convergence study and aim to cultivate people with talents who can lead the next-generation engineering field. In order to grow as a professional engineer in the field of convergence study, it is essential to have the ability to support each other through communication, conversation, and idea sharing with experts in various fields. To this end, the applicant believes that it is most important to develop communication skills through lectures and throughout student life. Therefore, the purpose of this seminar is to explain how I can contribute to the development of Keimyung University Robot Engineering students as communicative engineers and how I can help them prepare for their future careers. For this, this seminar explains my overall research experience, teaching experience, and educational philosophy, and presents my vision for the Robot Engineering department and Keimyung University.

계명대학교 로봇공학과는 미래지향적 융합학문으로 차세대 공학분야를 선도할 수 있는 인재양성을 목표로 합니다. 융합학문 분야의 전문 엔지니어로 성장하기 위해서는 다양한 분야의 전문가들과의 의사 소통, 대화 및 아이디어 공유를 통해 서로를 지원할 수 있는 능력이 필수적입니다. 이를 위해 대학은 강의와 학생 생활 전반을 통해 소통 능력을 키우는 것이 가장 중요하다고 생각합니다. 따라서 본 세미나의 목적은 본 지원자가 계명대학교 로봇공학전공 학생들이 소통하는 엔지니어로 성장하는 데 어떻게 기여할 수 있는지, 그리고 미래 진로를 준비하는 데 어떻게 도움이 될 수 있는지 설명하는 것이다. 이를 위해 본 세미나에서는 나의 전반적인 연구 경험과 강의 경험, 교육 철학에 대해서 설명한다. 그리고 학과 및 학교에 대한 나의 비전을 제시한다.

The spent nuclear fuel cladding serves as a barrier to prevent leakage of radioactive materials and functions to handle the nuclear fuel bundle. However, hydrides generated by physical and chemical reactions in the cladding weaken the integrity of the cladding. The hydride is formed in the circumferential direction and the radial direction, and the effect of the hydride on the cladding is different depending on the direction. Therefore, it is necessary to extract the morphological characteristics of the hydride to analyze the effect of the morphological characteristics of the hydride on the cladding. This study aims to segment the morphological features of the horizontal axis and vertical axis of the hydride based on the image of the cladding and hydride segmentation.

사용 후 핵연료 피복관은 방사성물질의 유출을 방지하는 방벽 역할을 하며 핵연료 다발을 취급할 수 있도록 기능을 한다. 다만, 피복관에서 물리 ⋅ 화학적 작용으로 인해 생성된 수소화물은 피복관의 건전성을 약화시킨다. 수소화물은 원주 방향과 반경 방향으로 형성되며, 방향에 따라 수소화물이 피복관에 미치는 영향은 차이가 존재한다. 따라서 피복관 내 수소화물의 형태학적 특징이 피복관에 미치는 영향을 분석하고자 수소화물의 형태학적 특성 추출이 필요하다. 본 연구는 피복관과 수소화물이 분할된 영상을 기반으로 수소화물의 수평축, 수직축의 형태학적 특징 분할을 목표로 한다.

The increase in size of the vibration test jig causes problems such as a decrease in natural frequency as well as an increase in weight. Topology optimization design is a method of finding the optimal material distribution with limited materials under a given load condition, and it is possible to design freely from the designer's intuition and experience. However, the topology optimization design is generally a design with high manufacturing difficulty that does not consider processing and assembly. It is possible to present a design plan that maximizes the performance of the model according to changes in design variables while ensuring ease of manufacture through shape and size optimization design. Therefore, the goal of this study is to design an optimal design for avoiding natural frequency and maximizing lightweight performance of a jig for vibration and impact testing.

진동 시험용 지그의 대형화는 무게의 증가 뿐만 아니라 고유진동수가 낮아지는 문제점이 발생한다. 위상최적설계는 주어진 하중 조건 아래 제한된 재료로 최적의 재료 분포를 찾는 방법으로 설계자의 직관과 경험으로 부터 자유로운 설계가 가능하다. 다만, 위상최적설계안은 일반적으로 가공, 조립 등을 고려하지 않은 제작 난이도가 높은 설계안이다. 이는 형상 및 치수 최적설계를 통해 제작 용이성을 확보하면서도 설계변수의 변화에 따라 모델의 성능을 극대화하는 설계안을 제시 가능하다. 이에 본 연구는 진동 및 충격 시험용 지그의 고유진동수 회피 및 경량화 성능 극대화를 위한 최적설계하는 것이 목표이다.

The vibration test jig is a device used to fix the lamp of a vehicle during the vibration test. With the recent trend towards larger lamps of vehicles, the jigs have also increased in size, resulting in problems such as increased weight and decreased natural frequency. To perform design for weight reduction considering the natural frequency of the jig, topology optimization is necessary. Therefore, this study aims to analyze the results of topology optimization for jigs of different shapes, including trapezoidal, cube, and vane-shaped jigs. For this purpose, three jig models were created, and topology optimization was performed with a minimum natural frequency of 250 Hz.

진동 시험용 지그는 차량용 램프의 진동 시험 중 램프를 고정하는 장치이다. 최근 자동차 램프의 대형화로 인해 진동 시험용 지그 역시 대형화되면서 무게 증가 뿐만 아니라 고유 주파수가 낮아지는 문제점이 발생하였다. 지그의 고유주파수를 고려하면서 경량화 설계를 수행하기 위해 위상최적설계가 필요하다. 따라서 본 연구에서는 지그의 형상 별 위상최적설계의 결과를 분석하는 것을 목표로 한다. 이를 위해, 사다리꼴형, 큐브형, 바람개비형 3가지의 지그 형상을 유한요소모델로 생성하였다. 그리고 최소 고유진동수를 250 Hz로 설정하여 위상최적설계를 수행하였다.

Bone scaffold preoperatively requires quantitative structural analysis for its successful implantation. However, the clinical images used in the analysis have a low resolution (about 600 μm) that affects the analysis's accuracy caused of a limitation to express the anisotropic bone microstructures. The low-resolution images could be used in the preoperative structural analysis if the structural behavior of the image were similar to their high-resolution images (about 50 μm). Thus, this study aims to quantitatively analyze the structural behavior’s similarity among proximal femur images in multi resolutions, when bone scaffolds are implanted. As a result, the trend of structural behavior changes induced by bone scaffold implantation was the same in the regions with high bone mineral density regardless of the resolutions. Conversely, the regions with low bone mineral density showed different structural behavior changes depending on the resolutions.

Bone scaffold는 수술 전 성공적인 이식을 위해 정량적 구조 분석이 필요합니다. 그러나 분석에 사용된 임상 영상은 저해상도(약 600μm)로 이방성 뼈 미세구조를 표현하는 데 한계가 있어 분석 정확도에 영향을 미쳤다. 저해상도 영상은 영상의 구조적 거동이 고해상도 영상(약 50 μm)과 유사하다면 수술 전 구조 분석에 사용할 수 있습니다. 따라서 본 연구는 골지지체 이식 시 다중해상도에서 대퇴골 근위부 영상의 구조적 거동 유사성을 정량적으로 분석하는 것을 목적으로 한다. 그 결과 뼈 지지체 이식에 의해 유도된 구조적 거동 변화의 경향은 해상도와 상관없이 골밀도가 높은 부위에서 동일하게 나타났다. 반대로 골밀도가 낮은 부위는 해상도에 따라 다른 구조적 거동 변화를 보였다.

Computational simulation of bone remodeling and bone reconstruction research have become significant for the estimation of bone microstructure to predict and diagnose the patient's bone health. The apparent modulus of elasticity is generally predicted through a compressive test based on computational structural analysis, in order to validate the predicted stiffness of the bone microstructure. However, since the bone microstructure predicted bone is a non-uniform material with different modulus of elasticity for each element, the apparent elastic modulus was different depending on the compression test conditions for the same bone structure. Therefore, it is necessary to verify the results under various compressive test conditions to accurately predict the apparent modulus of elasticity. To this end, the purpose of this study is to compare and analyze the apparent modulus of elasticity for each compressive test condition, expanding from a simple model to a complex model.

환자의 골 건강 상태 예측 및 진단을 위해 골재형성 전사모사 및 골 재건을 통한 골 미세구조 예측에 대한 연구가 중요하게 여겨지고 있다. 예측된 골 미세구조의 강성을 검증하기 위해 일반적으로 전산 구조해석 기반 압축 시험을 통해 겉보기 탄성계수를 예측한다. 다만, 골 예측된 골 미세구조는 요소별 탄성계수가 다른 불균일 재료이므로 동일한 구조물에 대한 압축시험 조건에 따라 겉보기 탄성계수의 차이가 발생하였다. 따라서 정확한 겉보기 탄성계수를 예측하기 위해서는 여러가지 압축시험 조건에 따른 결과 검증(verification)이 필요하다. 이를 위해 본 연구에서는 단순한 모델로부터 복잡한 모델까지 확장해가며 여러가지 압축시험 조건별 겉보기 탄성계수를 비교하고 분석하는 것을 목적으로 한다.

The avascular necrosis of the femoral head is a disease that causes the necrosis of the bone due to lack of nutrients due to the lack of blood on the femoral head. The representative treatment of the disease is the only surgery, and the total hip replacement is a typical example. However, the artificial hip joint implanted during surgery causes stress shields with higher rigidity compared to the normal bone around the implantation part. This causes various complications in the long run, along with the dissociate phenomenon of the artificial hip joint. Many studies have been conducted to analyze stress shields. Previous researchers, however, use the bone density video -based data to reflect the characteristics of the bone microstructure, which has a limit to accurate analysis. In this study, the goal is to analyze the structural behavior in the bone microstructure of the proximal femur implanted in order to determine the stress shield phenomenon.

대퇴골두 무혈성 괴사는 대퇴골두에 혈액이 공급되지 않아 영양분이 부족해 골의 괴사를 일으키는 질환이다. 해당 질환의 대표적인 치료는 수술이 유일하며 인공 고관절 전치환술이 대표적이다. 다만, 수술 시 삽입되는 인공 고관절은 삽입부 주변의 정상골 대비 높은 강성으로 응력방패 현상을 유발한다. 이는 장기적으로 인공 고관절의 해리현상과 더불어 다양한 합병증을 유발한다. 응력방패 현상을 분석하기 위해 많은 연구들이 진행되어 왔다. 하지만 이전 연구자들은 골 밀도 영상 기반 자료를 활용하여 골 미세구조의 특징을 반영하지 못해 정확한 분석에 한계점을 가진다. 이에 본 연구에서는 응력방패 현상을 파악하기 위해 인공 고관절이 삽입된 근위 대퇴골의 골 미세구조에서 구조적 거동을 분석할 것을 목표로 한다.

Strut Tower Brace is a part that is mounted on both mounts in the engine room of a vehicle to increase body rigidity and reduce body torsion. This increases the rigidity of the vehicle body and allows the performance of the vehicle suspension to be consistently exhibited. However, despite these advantages, it is only installed in some luxury vehicles sold on the market. The first problem is that the design of the strut bar is not standardized due to the lack of quantitative basis for torsion. A second problem is that the vehicle does not respond flexibly to bending, thereby deteriorating the safety of the vehicle. Therefore, this study aims to analyze the structural behavior according to the shape of the strut bar considering torsion and bending.

스트럿 바(Strut Tower Brace)는 차량 엔진룸의 양쪽 마운트에 장착되어 차체 강성을 증가시켜 차체의 비틀림을 줄여주는 부품이다. 이는 차체 강성을 증가시켜 차량 서스펜션의 성능을 일정하게 발휘하게 해준다. 다만, 이러한 장점에도 불구하고 시중에 판매되는 일부 고급차량에만 장착된다. 첫번째 문제점은 비틀림에 대한 정량적인 근거가 부족하여 스트럿 바의 설계는 표준화되지 못하는 것이다. 두번째 문제점은 굽힘에 유연하게 반응하지 못하여 차량의 안전성을 저하시키는 것이다. 따라서, 본 연구는 비틀림과 굽힘을 고려한 스트럿 바 형상에 따른 구조적 거동 분석을 목표로 한다.

A super-resolution algorithm is a technique for converting a low-resolution image into a high-resolution image. Existing super-resolution techniques have disadvantages in that they take a lot of time and degrade image reconstruction performance. In order to compensate for these disadvantages, research on super-resolution based on Convolution Neural Network (CNN) is being conducted. In order to conduct super-resolution research in the future, this presenter learned about convolutional neural networks. Therefore, this presentation aims to explain the basic concept of convolutional neural networks to utilize super-resolution techniques.

초해상화 알고리즘은 저해상도 영상으로부터 고해상도 영상으로 변환하는 기술이다. 기존의 초해상화 기법은 많은 시간이 소요되며 영상 복원 성능이 저하된다는 단점이 존재한다. 이러한 단점을 보완하기 위해 합성곱 신경망(Convolution Neural Network, CNN)을 기반으로 초해상화를 진행한 연구가 사용되고 있다. 추후 초해상화 연구를 수행하기 위하여 본 발표자는 합성곱 신경망에 대한 내용을 학습하였다. 따라서 본 발표에서는 초해상화 기법을 활용하기 위한 합성곱 신경망의 기본 개념에 대해 설명하는 것을 목표로 한다.

In the previous study, topology optimization of the electric kickboard's connection part was performed considering multiple loads. The results showed a safety improvement compared to models sold on the market, but it had the limitation of being performed in two dimensions. In this seminar, a research method using the ANSYS program to perform topology optimization of the electric kickboard's connection parts in three dimensions is proposed. This study aims to perform topology optimization considering multiple loads, including lateral load conditions in addition to the load conditions performed in the previous study.

이전 연구에서는 전동 킥보드의 위상최적설계를 다중하중을 고려하여 수행하였다. 기존 전동 킥보드의 연결부보다 안전성이 개선될 결과를 보였으나 2차원에서 수행하였다는 한계점이 있었다. 본 세미나에서는 ANSYS 프로그램을 사용하여 3차원에서 전동 킥보드의 연결부의 위상최적설계를 수행하기 위한 연구방법을 제시한다. 이전 연구에서 수행하였던 하중조건들에 측면 하중조건들까지 추가하여 다중하중을 고려한 위상최적설계를 수행하는 것을 목표로 한다.

A bone scaffold not only supports a sufficient load when inserted into a living body, but also provides an environment in which new bone tissue can be formed. For successful bone tissue recovery, simulation using medical images of the skeletal system is required before the scaffold is inserted into the living body. However, CT images commonly used in clinical practice have limitations in analyzing the structural behavior of the scaffold in vivo because the bone microstructure is not well expressed due to its low resolution (600 μm). Therefore, structural behavior analysis using high-resolution images (50 ~ 100 μm) including bone microstructure is required. The purpose of this study is to quantitatively investigate the difference in structural behavior according to resolution when a bone scaffold is inserted in a multi-resolution proximal femur model. To this end, a porous structure and material used clinically were selected and inserted into three parts of the proximal femur, and finite element analysis was performed. As a result, the statistical value of the strain energy distribution according to the difference in resolution showed a large difference, but the material and porous structure of the bone scaffold for each region of interest were the same.

골용 스캐폴드는 생체 내 삽입되어 충분한 하중을 지지할 수 있을 뿐만 아니라, 새로운 골 조직을 형성할 수 있는 환경을 제공한다. 성공적인 골 조직 회복을 위해서는 스캐폴드가 생체 내에 삽입되기 전 골격계 의료 영상을 활용한 시뮬레이션이 필요하다. 다만, 임상에서 일반적으로 사용되는 CT 영상은 낮은 해상도(600 μm)로 골 미세구조가 잘 표현되지 않아 생체 내 스캐폴드의 구조적 거동을 분석하는 데 한계가 있다. 따라서 골 미세구조를 포함하는 고해상도 영상(50 ~ 100 μm)을 이용한 구조적 거동 분석이 필요하다. 본 연구의 목적은 다중해상도를 가지는 근위 대퇴골 모델에서 골용 스캐폴드가 삽입되었을 시 해상도에 따른 구조적 거동 차이를 정량적으로 조사하는 것이다. 이를 위해 임상에서 사용되는 다공성 구조와 재료를 선정한 뒤 근위 대퇴골의 3가지 부위에 삽입하여 유한요소해석을 수행하였다. 그 결과 해상도 차이에 따른 변형률 에너지 분포의 통계값은 큰 차이를 보였지만 관심영역별 골용 스캐폴드의 재료와 다공성 구조는 동일하였다.

Computational simulation of bone remodeling and bone reconstruction research have become significant for the estimation of bone microstructure to predict and diagnose the patient's bone health. The compressive test through computational structural analysis is generally considered to validate the stiffness of the predicted bone microstructure. However, there were cases in which the bone strength predicted through the compressive test and the bone strength predicted through the bone microstructure were inconsistent in the previous study. Therefore, it is necessary to compare and analyze the compressive test results of the bone microstructure under various conditions such as the size of the region of interest and bone resolution, in order to validate the reliability of the compression test for bone strength evaluation. The purpose of the seminar is to introduce a validation process plan by various resolutions and sizes of regions of interest in the compressive test, which are representative bone strength markers.

환자의 골 건강 상태 예측 및 진단을 위해 골재형성 전사모사 및 골 재건을 통한 골 미세구조 예측에 대한 연구가 중요하게 여겨지고 있다. 예측된 골 미세구조의 강성을 검증하기 위해 일반적으로 전산 구조해석 기반 압축 시험을 수행한다. 다만, 본 연구자는 이전 연구를 수행하며 압축 시험을 통해 예측한 골 강도와 골 미세구조 형태를 통해 예측한 골 강도가 불일치함을 확인하였다. 따라서 골 강도 평가를 위한 압축 시험의 신뢰성 확보를 위해서는 관심영역의 크기, 골 해상도 등의 다양한 조건에 따른 골 미세구조의 압축 시험 결과를 비교 분석하여 검증할 필요가 있다. 본 세미나에서는 연구에서는 대표적인 골강도 마커인 압축실험의 다양한 관심영역 크기 및 여러가지 해상도에 따른 검증 계획을 소개하는 것을 목적으로 한다.

The hip stem is an artificial structure that can be implanted in place of the actual joint that has lost function to enable the patient's routine activities. However, implanted artificial hip joints cause a variety of side effects. The damage to the artificial hip joints causes long-term behavior and causes various complications. To this end, previous studies have been active in research on fatigue fracture that occurs under the daily load, but the damage caused by accidental shock during daily life is incomplete. Therefore, the final goal of this study is to quantitatively analyze the structural safety that occurs in artificial hip joints that occur under a specific load and improve safety based on this. To this end, this study proposes various methods to improve the safety of artificial hip joints.

 인공 고관절은 기능을 상실한 실제 관절을 대신하여 삽입되어 환자의 일상적인 활동을 가능케 하는 인공 구조물이다. 다만, 삽입된 인공 고관절은 다양한 부작용을 유발한다. 그 중 인공 고관절의 파손은 장기간 거동을 불가능하게 하며 다양한 합병증을 유발한다. 이를 위해 이전 연구들은 일상 하중 아래 발생하는 피로파손에 관한 연구가 활발하게 이루어졌지만, 일상생활 중 우발적인 충격 상황에서 발생하는 하중에 의한 파손은 연구가 미비한 상황이다. 이에 본 연구의 최종 목표는 특정 하중 아래 발생하는 인공 고관절에서 발생하는 구조적 안전성을 정량적으로 분석하고 이를 기반하여 안전성을 개선하는 것이다. 이를 위해 본 연구에서는 인공 고관절의 안전성 개선을 위한 다양한 방법을 제시 하고자한다.

APDL is a scripting language that allows you to automatically execute routine commands or create models in terms of variables. Based on the sophisticated simulation function, it can analyze finite element models in various ways and perform detailed analysis. However, it is difficult to access for the first time because the user has to directly input commands or functions. Therefore, this presentation explains the basic usage of APDL, such as defining material properties, creating a grid, setting boundary conditions, and outputting analysis results.

APDL은 일상적인 명령을 자동으로 실행하게 만들거나 모델을 변수의 항으로 만들 수 있게 만드는 스크립트 언어이다. 이는 정교한 시뮬레이션 기능을 기반으로 하여 유한요소모델을 다양하게 해석하고 세부적인 해석을 수행할 수 있다. 하지만, 사용자가 명령이나 기능을 직접 입력해야 되기 때문에 처음 접근할 때 어려움이 있다. 따라서, 본 발표는 APDL을 이용하여 재료 물성 정의, 격자생성, 경계조건 설정, 해석결과 출력 등 기본적인 사용법에 대하여 설명한다.

Thesis management related to one’s research is very important. Most students spend lots of time searching for and organizing papers at the first step of their research. Many students print out their thesis and look, but they waste time they try to find the missing thesis again when they need it later. If you can proficiently use a thesis management program, you can solve these problems. Therefore, this seminar aims to share how to use Mendeley, a program to help you write a thesis. This seminar is expected to help CADLAB laboratory members to manage their thesis.

자신의 연구와 관련된 논문들을 관리하는 것은 아주 중요하다. 대부분의 학생이 연구 초반에 논문을 찾고 정리하는 데에 시간을 많이 소비하게 된다. 논문을 프린트를 해서 보는 경우가 많지만 다시 찾아보려고 하면 어디에 있는지 알 수가 없어서 시간을 허비하게 된다. 논문 관리 프로그램을 능숙하게 사용할 수 있다면 이러한 문제점들을 해결할 수 있을 것이다. 따라서 본 세미나에서는 논문을 작성할 때 도움이 되기 위한 프로그램인 Mendeley 사용법에 대하여 알아보고자 한다. 이번 세미나를 통해 CADLAB 연구실 구성원들의 논문관리에 있어서 많은 도움이 있을 것으로 기대된다

Bone scaffolds are artificial structures capable of supporting various loads as well as supporting cell growth for ultimate bone regeneration. In general, an ideal bone scaffold should satisfy three characteristics. First, it must have a porous structure capable of cell growth and transport of nutrients and must satisfy biocompatibility and biodegradability. Finally, it must provide mechanical properties suitable for the implantation site. The requirements of these bone scaffolds are well studied for successful bone regeneration but have not yet been fully defined. Accordingly, this researcher transplanted the bone scaffold to the artificial proximal femur considering the above three characteristics, and then quantitatively analyzed the structural behavior in the area around the transplant. As a result, it was quantitatively demonstrated that the selection of an appropriate porous structure and material according to the site where the bone scaffold is implanted is very important for bone regeneration. However, the mechanical properties of bone depend on its anatomical location and the major stress lines of trabecular bone. This suggests the need for a transplantation strategy that considers the implantation location of the bone scaffold. Therefore, in this study, we would like to introduce a method for optimizing the angle of the bone scaffold considering the three characteristics of the bone scaffold and the implantation location.

골용 스캐폴드는 궁극적인 골 재생을 위해 세포의 성장을 지원할 뿐만 아니라 다양한 하중을 지지할 수 있는 인공 구조물입니다. 일반적으로 이상적인 골용 스캐폴드는 3가지 특성을 만족해야 합니다. 먼저 세포의 성장과 영양분 운송이 가능한 다공성 구조를 가져야 하며, 생체 적합성 및 생분해성을 만족해야 합니다. 그리고 이식 부위에 맞는 기계적 특성을 제공할 수 있어야 합니다. 이러한 골용 스캐폴드의 요구 사항은 성공적인 골 재생을 위해 많이 연구되고 있지만 아직 완벽히 정의되지 않았습니다. 이에 본 연구자는 위의 3가지 특성을 고려하여 인공 근위 대퇴골에 골용 스캐폴드를 이식한 뒤 이식 주변 부위에서 구조적 거동을 정량적으로 분석한 바 있습니다. 그 결과 골용 스캐폴드가 이식되는 부위에 따라 적절한 다공성 구조와 재료의 선택이 골 재생에 있어 매우 중요하다는 것을 정량적으로 입증하였습니다. 다만, 골의 기계적 특성은 해부학적 위치와 소주 골의 주요 응력선에 따라 달라집니다. 이는 골용 스캐폴드가 이식되는 위치를 고려한 이식 전략이 필요하다는 것을 시사할 수 있습니다. 따라서 본 연구에서는 골용 스캐폴드의 3가지 특성과 이식 위치 고려한 골용 스캐폴드의 각도 최적화 방법을 소개하고자 합니다.

The hip stem is an artificial structure that can be implanted in place of the actual joint that has lost function to enable the patient's routine activities. However, implanted hip stem cause a variety of side effects. The damage to the hip stem causes long-term behavior and causes various complications. To this end, previous studies have been active in research on fatigue fracture that occurs under the daily load, but the damage caused by accidental shock during daily life is incomplete. The study aims to quantitatively analyze structural safety occurring in hip stem occurring under certain conditions and improve safety based on them. To this end, the model was improved after selecting the most vulnerable model among the three hip stem models actually used.

인공 고관절은 기능을 상실한 실제 관절을 대신하여 삽입되어 환자의 일상적인 활동을 가능케 하는 인공 구조물이다. 다만, 삽입된 인공 고관절은 다양한 부작용을 유발한다. 그 중 인공 고관절의 파손은 장기간 거동을 불가능하게하며 다양한 합병증을 유발한다. 이를 위해 이전 연구들은 일상 하중 아래 발생하는 피로파손에 관한 연구가 활발하게 이루어졌지만, 일상생활 중 우발적인 충격 상황에서 발생하는 하중에 의한 파손은 연구가 미비한 상황이다. 이에 본 연구는 특정 하중 아래 발생하는 인공 고관절에서 발생하는 구조적 안전성을 정량적으로 분석하고 이를 기반하여 안전성을 개선하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 실제 사용되는 3가지 인공 고관절 모델 중 특정 하중에 가장 취약한 모델을 선정 후 해당 모델을 개선하였다.

Optimal design is a technology that is designed to achieve maximum effect with minimal energy by design based on mathematical theory and computer interpretation. Optimal design is mainly used for lightweight design, but access is difficult because high entry barriers are required to do so. This study aims to develop the educational simulator (GUI) using the 99 line code, the optimal design code written in MATLAB. This program allows the user to visually change variables visually in the GUI environment and validate the results to improve understanding of optimal design.

최적설계는 수학적 이론과 전산해석을 기반으로 한 설게법으로 최소의 에너지로 최대의 효과를 얻기 위한 기술이다. 최적설계는 경량설계에 주로 사용되지만, 이를 수행하기에 높은 진입장벽이 요구되므로 접근이 어려운 상황이다. 본 연구에서는 MATLAB으로 작성된 최적설계 코드인 99 line code를 이용하여 교육용 시뮬레이터(GUI) 개발을 목표로 한다. 본 프로그램을 통해 GUI환경에서 사용자가 시각적으로 변수를 다양하게 변화시키며 결과를 확인하여 최적설계에 대한 이해도를 향상시킬 수 있다.

The electric kickboard is a representative personal mobility. The number of users of electric kickboards is increasing every year due to the simple operation and sharing service. Therefore, accidents related to electric kickboards are increasing every year. The weakest part of the electric kickboard is the connection part was reported in previous study. this study aims to improve the driving safety of the electric kickboard through topology optimization considering multiple loads. For this purpose, the part between the handle support and the board was selected as design domain. Topology optimization was conducted by combining a total of 16 load conditions. The results were divided into 4 groups according to the axis on which the load was applied. 4 load conditions that representative each 4 groups was selected for multiple loads. Comparison of collision performance was conducted for demonstrated the optimized result. The optimized model showed better collision performance than the models sold on the market, and improved driving safety by 51% on average in all load conditions. The optimized result considering all four loads determined ‘‘more’’ uniform distribution.

전동킥보드는 대표적인 퍼스널 모빌리티이다. 간편한 조작과 공유 서비스로 인해 전동킥보드 사용자는 매년 증가하고 있다. 따라서 전동킥보드 관련 사고는 매년 증가하고 있다. 이전 연구서는 전동킥보드의 가장 취약한 부분이 연결 부분인 것으로 보고된 바 있다. 본 연구는 연결부의 다중 하중을 고려한 위상최적설계를 통하여 전동킥보드의 주행안전성을 개선하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 핸들 지지대와 발판의 연결 부분을 설계영역으로 선정하였다. 그리고 총 16개의 하중조건을 조합하여 연결부에 대한 위상최적설계를 수행하였다. 결과는 하중이 가해진 축에 따라 4개의 그룹으로 나누어졌다. 다중하중은 4개 그룹을 대표하는 하중조건 4개로 선정하였다. 최적화된 결과를 검증하기 위해 충돌성능비교을 수행하였다. 모든 하중조건에서 최적화된 모델은 시중에 판매중인 모델보다 우수한 충돌성능을 보였으며, 주행 안전성이 평균 51% 향상된 결과를 도출하였다. 4가지 하중을 모두 고려한 다중하중에 대하여 최적화된 모델은 변형률 에너지가 '더욱' 균일한 분포를 보였다.

For a good bone scaffold, it is very important to design the scaffold considering the balance between the properties of the biomaterial and the mechanical properties to bear and transmit loads. The bone scaffold is generally designed to have biocompatibility, biodegradability, and porosity for the successful restoration of bone. The biocompatibility and biodegradability as inherent properties of the materials allow cells to attach and express a normal phenotype. Various materials such as ceramics, polymers, and composite materials have been studied as promising biomaterials. As another major factor for bone scaffold design, porosity allows the nutrients to diffuse by growing blood vessels inward from the surrounding tissue. For a good bone scaffold, it is very important to design the scaffold considering the balance between the properties of the biomaterial and the mechanical properties to bear and transmit loads. As such, studies related to bone scaffolds have focused on major parameters in scaffold design. However, except for the study, there have been very few studies on the mechanical properties of bone scaffolds in the proximal femur. This paper aims to investigate the structural behavior of bone scaffold in implanted the proximal femur according to various materials, porous structures, and implantation sites.

골용 스캐폴드는 손상된 골 조직 부위에 삽입되어 주변 골 조직과의 상호작용을 통해 골 조직 치료를 돕는 인공 지지체이다. 성공적인 골 조직 치료를 위해서는 일반적으로 주변 조직과의 영양분 수송이 가능하고 혈관의 침입을 가능케하는 다공성 구조를 만족해야 한다. 또한 생체 적합성, 생분해성을 만족하여 생체 내에 흡수되어 면역 거부 반응의 문제를 해결할 수 있다. 그리고 충분한 기계적 강도를 제공하여 골용 스캐폴드가 삽입되었을 시 재생 과정 동안 하중을 지지할 수 있어야 한다. 이처럼 골용 스캐폴드는 주변 골 조직과의 상호작용을 통해 골 재생을 돕지만 골용 스캐폴드 관련 연구들은 골용 스캐폴드의 특징에 중점을 두고 진행되고 있다. 이전 연구들을 통해 골용 스캐폴드는 비약적인 발전을 이루었지만 골용 스캐폴드 관련 연구는 주로 다공성 구조를 갖는 스캐폴드 설계, 골용 스캐폴드를 위한 복합 재료 등에 중점을 두고 있어 골용 스캐폴드가 삽입되었을 시 삽입 주변 부위와의 상호작용을 정량적으로 분석할 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 4가지 재료와 4가지 다공성 구조로 구성된 골용 스캐폴드가 인공 근위 대퇴골에 삽입되었을 시 관심 영역별 구조적 거동 변화를 정량적으로 분석하고자 한다. 또한 거동 변화가 각 스캐폴드의 강성과의 관계성에 대해 분석해보고자 한다.

The need for improving the safety of battery housing that protects batteries is raised up. It is necessary to study safety improvement of battery housing through structural modifications in the situation of side impact collision accidents. This study aims to analyze the structural safety according to the modifying cross-member section structure of the electric vehicle battery housing in order to minimize the deformation of the battery housing when a side impact collision occurred.

배터리를 보호하는 배터리 하우징의 안전성 향상에 대한 필요성이 대두되고 있다. 측면 충돌 사고 상황에서 구조적 개조를 통한 배터리 하우징의 안전성 향상에 대한 연구가 필요하다. 따라서, 본 연구는 측면 충돌 충돌 시 배터리 하우징의 변형을 최소화하기 위해 전기자동차 배터리 하우징의 단면 구조에 따른 구조적 안전성을 분석하는 것을 목적으로 한다.

A bone scaffold is an artificial scaffold that is inserted into a damaged bone tissue site and helps to heal the bone tissue through interaction with the surrounding bone tissue. In order to successfully treat bone tissue, it is generally necessary to satisfy a porous structure that allows nutrient transport to and from surrounding tissues and allows for the invasion of blood vessels. In addition, biocompatibility and biodegradability are satisfied, so that it can be absorbed into the body and solve the problem of immune rejection. In addition, it should provide sufficient mechanical strength to support the load during the regeneration process when the bone scaffold is inserted. As such, the bone scaffold helps bone regeneration through interaction with the surrounding bone tissue, but studies related to the bone scaffold are focused on the characteristics of the bone scaffold. Although the bone scaffold has made rapid progress through previous studies, research related to the bone scaffold mainly focuses on the design of the scaffold with a porous structure and the composite material for the bone scaffold. It is necessary to quantitatively analyze the interaction with Therefore, in this study, the structural behavior change by region of interest when a bone scaffold composed of 4 materials and 4 porous structures is inserted into the artificial proximal femur is to be quantitatively analyzed. Also, we would like to analyze the relationship between the behavior change and the stiffness of each scaffold. As a result, the stiffness of the surrounding bone tissue and the direction of the principal stress should be considered in order to prevent the stress shielding.

골용 스캐폴드는 손상된 골 조직 부위에 삽입되어 주변 골 조직과의 상호작용을 통해 골 조직 치료를 돕는 인공 지지체이다. 성공적인 골 조직 치료를 위해서는 일반적으로 주변 조직과의 영양분 수송이 가능하고 혈관의 침입을 가능케하는 다공성 구조를 만족해야 한다. 또한 생체 적합성, 생분해성을 만족하여 생체 내에 흡수되어 면역 거부 반응의 문제를 해결할 수 있다. 그리고 충분한 기계적 강도를 제공하여 골용 스캐폴드가 삽입되었을 시 재생 과정 동안 하중을 지지할 수 있어야 한다. 이처럼 골용 스캐폴드는 주변 골 조직과의 상호작용을 통해 골 재생을 돕지만 골용 스캐폴드 관련 연구들은 골용 스캐폴드의 특징에 중점을 두고 진행되고 있다. 이전 연구들을 통해 골용 스캐폴드는 비약적인 발전을 이루었지만 골용 스캐폴드 관련 연구는 주로 다공성 구조를 갖는 스캐폴드 설계, 골용 스캐폴드를 위한 복합 재료 등에 중점을 두고 있어 골용 스캐폴드가 삽입되었을 시 삽입 주변 부위와의 상호작용을 정량적으로 분석할 필요가 있다. 이에 본 연구에서는 4가지 재료와 4가지 다공성 구조로 구성된 골용 스캐폴드가 인공 근위 대퇴골에 삽입되었을 시 관심 영역별 구조적 거동 변화를 정량적으로 분석하고자 한다. 또한 거동 변화가 각 스캐폴드의 강성과의 관계성에 대해 분석해보고자 한다.

 In this study, topology optimization was conducted to improve the driving safety of the electric kickboard. First, a topology optimization considering 16 single loads was conducted. The results were summarized into 4 groups, and the load conditions were selected for multiple loads. The result showed the optimized structure is similar to that of the previous study. The driving safety of the optimized model was validated compared with the model sold on the market. The driving safety of the result increased 58%.

 본 연구에서는 전동 킥보드의 주행 안전성을 개선하기 위해 위상최적설계를 수행하였다. 먼저, 16개의 단일하중을 고려한 위상최적설계를 수행하였다. 결과들은 4개의 그룹으로 요약되었으며, 다중하중을 위해 하중조건으로 선정되었다.  결과의 구조는 이전 연구의 결과와 유사한 구조를 보였다. 최적화된 모델의 주행 주행안전성은 시중에 판매되는 모델과 충돌성능비교를 통해 검증하습니다. 그 결과 운전 안전성이 58% 향상된 것을 확인하였습니다.

The need for improving the safety of battery housing that protects batteries is raised up. It is necessary to study safety improvement of battery housing through structural modifications under the situation of side impact collision accidents. This study aims to analyze the structural safety according to the modifying cross member section structure of the electric vehicle battery housing in order to minimize the deformation of the battery housing when the side impact collision occurred.

배터리를 보호하는 배터리 하우징의 안전성 향상에 대한 필요성이 대두되고 있다. 측면 충돌 사고 상황에서 구조적 개조를 통한 배터리 하우징의 안전성 향상에 대한 연구가 필요하다. 따라서, 본 연구는 측면 충돌 충돌 시 배터리 하우징의 변형을 최소화하기 위해 전기자동차 배터리 하우징의 단면 구조에 따른 구조적 안전성을 분석하는 것을 목적으로 한다.

 Topology optimization of the connection part of the electric kickboard was performed assuming front collision in the previous study. However, various scenarios may occur other than front collision when driving an electric kickboard. So topology optimization considering multiple loads is necessary. Therefore, this study aims to analyze the result of topology optimization of the connection part according to the various load conditions applied to the handle support of the electric kickboard. For this purpose, the connection part between the handle support and the board was selected as a design area. Then, four loads were generated at the top and bottom of the handle support, and a total of 16 load conditions were combined to conduct topology optimization for the connection part. The results were divided into 4 groups according to the axis that the load applied. The Result within the same group showed the same structure and topology. In addition, the compliance and the values ​​of strain energy of each element same. The result of this study will contribute to the study of topology optimization of the electric kickboard considering multiple loads in the future.

 이전 연구에서는 정면충돌 상황을 가정한 전동킥보드 연결부의 위상최적설계를 수행하였다. 하지만 전동킥보드 주행시 정면충돌 이외에도 다양한 하중 시나리오가 발생할 수 있으므로, 다중하중을 고려한 위상최적설계가 필요하다. 따라서 본 연구는 전동 킥보드의 핸들 지지대에 가해지는 다양한 하중 조건에 따른 연결부의 위상최적설계 결과를 도출하고 분석하는 것을 목적으로 한다. 따라서 본 연구는 전동 킥보드의 핸들 지지대에 가해지는 다양한 하중 조건에 따른 연결부의 위상최적설계 결과를 도출하고 분석하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 전동 킥보드의 핸들 지지대와 발판의 연결 부분을 설계영역으로 선정하였다. 그리고 핸들 지지대의 상단과 하단에 각각 4개의 하중을 생성하고 총 16개의 하중 조건을 조합하여 전동 킥보드의 연결부에 대한 위상최적설계를 수행하였다. 위상최적설계의 결과는 하중이 작용하는 축에 따라서 4개의 그룹으로 나누어졌다. 동일한 그룹 내 결과들은 같은 구조와 위상을 보였다. 또한, 컴플라이언스 및 각 요소의 변형률에너지의 값이 일치하였다. 본 연구의 결과는 향후 다중하중을 고려한 전동킥보드 연결부의 위상최적설계 연구에 대하여 기여할 것이다.

For a good bone scaffold, it is very important to design the scaffold considering the balance between the properties of the biomaterial and the mechanical properties to bear and transmit loads. The bone scaffold is generally designed to have biocompatibility, biodegradability, and porosity for the successful restoration of bone. The biocompatibility and biodegradability as inherent properties of the materials allow cells to attach and express a normal phenotype. Various materials such as ceramics, polymers, and composite materials have been studied as promising biomaterials. As another major factor for bone scaffold design, porosity allows the nutrients to diffuse by growing blood vessels inward from the surrounding tissue. As such, studies related to bone scaffolds have focused on major parameters in scaffold design. However, except for the study, there have been very few studies on the mechanical properties of bone scaffolds in the proximal femur. This paper aims to investigate the structural behavior of bone scaffold in implanted the proximal femur according to various materials, porous structures, and implantation sites.

좋은 뼈 지지체를 위해서는 생체 물질의 특성과 하중을 견디고 전달하는 기계적 특성 사이의 균형을 고려하여 지지체를 설계하는 것이 매우 중요합니다. 뼈 지지체는 일반적으로 성공적인 뼈 복원을 위해 생체 적합성, 생분해성 및 다공성을 갖도록 설계됩니다. 재료 고유의 특성인 생체 적합성과 생분해성은 세포가 정상적인 표현형을 부착하고 발현할 수 있도록 합니다. 세라믹, 고분자, 복합재료 등 다양한 재료가 유망한 생체재료로 연구되고 있다. 뼈 지지체 디자인의 또 다른 주요 요소인 다공성은 주변 조직에서 안쪽으로 혈관을 성장시켜 영양분이 확산되도록 합니다. 이와 같이 뼈 지지체와 관련된 연구는 지지체 설계의 주요 매개변수에 초점을 맞추었습니다. 그러나 본 연구를 제외하고는 근위 대퇴골 뼈 지지체의 기계적 성질에 대한 연구는 거의 없었다. 본 논문은 다양한 재료, 다공성 구조 및 이식 부위에 따른 이식된 대퇴골 근위부 뼈 지지체의 구조적 거동을 조사하는 것을 목적으로 한다.

The battery housing of an electric vehicle is a part of a body structure that protects the battery, which is a major energy source for driving. Therefore, manufacturers agree with the importance and necessity of designing a battery housing to protect batteries and devote their efforts to research and development. Nevertheless, due to recent electric vehicle fire accidents, the safety of battery housings to prevent battery damage to electric vehicles must be improved. To that end, this study attempts to improve the safety of the battery housing in the event of a collision through a lateral cross member. Previously, the external size of the existing lateral cross member was the same, but each thickness of the cross-section was changed. This quantitatively proved that safety can be improved by changing the cross-sectional shape of the transverse cross-member, but the effect was insufficient. It is intended to minimize deformation of the battery housing by changing the height rather than the size of the existing cross member. Therefore, in this seminar, we will compare the amount of deformation according to the height of the cross-sectional shape and figure out the tendency.

전기 자동차의 배터리 하우징은 구동을 위한 주요 에너지 공급원인 배터리를 보호하는 차체 구조물의 일부이다. 따라서, 제조사들은 배터리를 보호하기 위한 배터리 하우징 설계의 중요성과 필요성을 동감하고 연구 개발에 심혈을 기울이고 있다. 그럼에도 불구하고 최근 발생하고 있는 전기 자동차 화재 사고들로 인해, 전기 자동차의 배터리 파손을 방지하기 위한 배터리 하우징의 안전성이 개선되어야 한다. 이를 위해 본 연구에서는 횡방향 크로스멤버를 통해 충돌 사고 시 배터리 하우징의 안전성을 개선하려 한다. 이전까지 기존 횡방향 크로스멤버의 외부 크기를 동일하되 단면의 각 두께를 변경하였다. 이는 횡방향 크로스멤버의 단면 형상을 변경하는 것으로 안전성 개선할 수 있음을 정량적으로 입증하였지만 효과는 미비했다. 기존 크로스멤버의 크기가 아닌 높이 변경을 통해 배터리 하우징의 변형 최소화를 이루어내려고 한다. 따라서, 본 세미나에서는 단면 형상의 높이에 따른 변형량을 비교하고 경향성을 파악하려 한다.

The topology optimization-based bone microstructure reconstruction method recently attracted much attention. This method has a limitation in requiring excessive computational resources and time due to the inherent feature of the optimization. A recent study proposed the localized bone microstructure reconstruction method to overcome this limitation. However, the efficiency and accuracy of this method compared to the conventional method were not addressed. Therefore, this paper aims to validate the topology optimization-based localized bone microstructure reconstruction method using estimated local bone loads for the region of interest. For this purpose, this study reconstructed bone microstructure using two approaches: conventional, and localized methods. The reconstructed results are compared in terms of computational efficiency and reconstruction accuracy. The result of the localized method showed dramatic improvement in computation efficiency and high similarity in bone microstructure compared to the conventional method. Based on this study, it is expected that localized methods will contribute to improving the evaluation accuracy of bone strength in patients through the prediction of bone microstructure.

최근 토폴로지 최적설계 기반 골 미세 구조 재건 방법이 많은 주목을 받고 있다. 이 방법은 최적설계의 고유한 특성으로 인해 과도한 계산 용량과 해석 시간이 필요한 한계가 있다. 최근 이러한 한계를 극복하기 위해 국부적인 골 미세구조 재건 방법이 제안되었다.그러나 이 방법은 기존 방법 대비 효율성 및 정확성 향상에 대한 정량적 연구가 부족한 상황이다. 따라서 본 논문은 관심 영역을 대상으로 추정한 국부 하중을 이용하여 위상 최적설계 기반 국부 골 미세 구조 재건 방법을 검증하는 것을 목표로 한다. 이를 위해 본 연구에서는 기존의 방법과 국부적인 방법을 사용하여 골 미세 구조를 재구성했다. 그리고 재구성된 결과를 계산 효율성 및 재구성 정확도 측면에서 비교했다. 국부화 방법을 통한 골 미세구조 재건 결과는 기존의 방법에 비해 계산 효율성이 상당히 향상되었고 골 미세 구조의 유사도 또한 높은 것으로 나타났다. 본 연구를 바탕으로 국부적 골 미세구조 재건 방법이 골 미세구조 예측을 통해 환자의 골강도 평가 정확도 향상에 기여할 것으로 기대된다.

Topology optimization of the connection part of the electric kickboard was performed assuming front collision in the previous study. However, various scenarios may occur other than front collision when driving an electric kickboard. So topology optimization considering multiple loads is necessary. For this purpose, front collision and drop impact were selected as load conditions. When selecting the load condition to be added, the results of the topology optimization tend to be biased toward a front collision with high compliance is problematic. Therefore, This study aims to determine the load condition to be added, by analyzing the change of the topology optimization result for each combination of two loads.

 이전 연구에서는 정면충돌 상황을 가정한 전동킥보드 연결부의 위상최적설계를 수행하였다. 하지만 전동킥보드 주행시 정면충돌 이외에도 다양한 하중 시나리오가 발생할 수 있으므로, 다중하중을 고려한 위상최적설계가 필요하다. 이를 위해 하중조건으로 정면충돌과 낙하충격을 선정하였다. 추가 하중조건을 선정하는 데 있어 위상최적설계의 결과가 컴플라이언스가 높은 정면충돌에 치우치는 경향을 보여 문제가 되는 상황이다. 이에 본 연구에서는 추가 하중조건을 결정하기 위하여 두 하중의 조합별 위상최적설계 결과의 변화를 분석하고자 한다.

For successful treatment using a bone scaffold, three characteristics must be satisfied. Due to the three characteristics, when a scaffold for bone is inserted, it is necessary to study the interaction analysis with the area around the insertion. However, studies related to bone scaffolds are all focused on three characteristics. Four materials were used to define a circular scaffold and then inserted into three sites of the proximal femur. Analyze structural behavior changes when scaffolds are inserted. Analysis of the relationship between scaffold stiffness and structural behavior changes according to materials.

골용 스캐폴드를 활용하여 성공적인 치료를 위해서는 3가지 특성을 만족 시켜야한다. 3가지 특성으로 인해 골용 스캐폴드가 삽입되었을 시 삽입 주변부위와의 상호작용 분석에 대한 연구가 필요하다. 하지만 골용 스캐폴드 관련 연구들은 모두 3가지 특성에 집중되어있다.따라서 본 연구에서는 4가지 재료를 사용하여 원형 스캐폴드를 정의한 뒤 근위대퇴골의 3가지 부위에 삽입하였다. 그리고 스캐폴드가 삽입되었을 시 구조적 거동 변화를 분석하였으며, 재료에 따른 스캐폴드의 강성과 구조적 거동 변화와의 관계성에 대해 분석하였다.

Artificial hip replacement is a representative treatment for femoral necrotic necrosis. However, after the surgery, the stress shielding phenomenon, which is caused by artificial hip implantation, leads to the dissociation of the bone and the implant, leading to a major problem. In order to solve this problem, the final goal of the study is to predict the structural behavior of the proximal femur, where the normal bone and artificial hip joint is implanted, to predict the site where the stress shielding phenomenon occurs after the comparative analysis. However, the size of the bone, which was made with the existing proximal femur production code, is beyond the normal range announced in many papers. The dimensions of the artificial hip joint that is currently used in the market is determined based on a bone with a normal range of magnitude. Therefore, the use of proximal femur outside the normal range is difficult to obtain accurate results. The study aims to change the size of the bone to a normal range by modifying the production code of the existing proximal femur.

인공 고관절 전치환술은 대퇴골두 무혈성 괴사의 대표적인 치료법이다. 하지만 수술 후 인공 고관절 삽입으로 인해 발생되는 응력방패 현상이 골과 삽입물의 해리 현상으로 이어져 큰 문제로 대두되고 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 정상골과 인공 고관절이 삽입된 근위 대퇴골의 구조적 거동을 비교 분석 후 응력방패 현상이 발생하는 부위를 예측하는 것을 연구의 최종 목표로 한다. 하지만 기존 근위 대퇴골 생성 코드로 만들어진 골의 크기는 여러 논문에서 발표한 정상범위를 벗어난다. 현재 시중에서 사용되는 인공 고관절의 치수는 정상범위의 크기를 가지는 골을 기준으로 맞게 정해진다. 따라서 정상범위의 크기를 벗어난 근위 대퇴골의 사용은 정확한 결과값을 얻기 어렵다. 이에 본 연구는 기존 근위 대퇴골의 생성 코드를 수정을 통해 골의 크기를 정상범위에 맞게 변경하는 것을 목표로 한다.

Electric motors, which are the main power source of electric vehicles, are required to be lightweight in order to increase vehicle efficiency. Therefore, we intend to proceed with the systematic weight reduction design of the motor housing, which accounts for a large proportion of the motor parts. However, for lightweight designs, choosing less secure parts can lead to breakage. Therefore, the purpose of this study is to distinguish between Robust and Vulnerable parts to prevent damage when designing a lightweight motor housing. Therefore, for each part of the motor housing, we compare the stress distribution that appears when the same load is applied in the radial and axial directions. The strength obtained through this can be applied when designing a lightweight design.

전기차의 주동력원인 전기모터는 차량의 효율성을 높이기 위해 경량화가 요구된다. 이에 전기모터의 부품 중 큰 중량을 차지하는 모터 하우징에 대한 체계적인 경량 설계를 진행하고자 한다. 다만, 경량 설계 시 안전성이 낮은 파트를 선정하는 것은 파손을 유발한다. 이에 본 연구는 모터 하우징의 경량 설계시 파손을 방지하기 위해 강건부와 취약부를 판별하고자 한다. 따라서, 모터 하우징의 파트별 반경방향과 축방향을 기준으로 동일한 압력을 적용할 때 나타나는 응력 분포를 비교한다. 이를 통해 구한 강건부는 경량 설계를 진행할 때 적용될 수 있다.

Until now, research on the cross members of the electric vehicle battery housing has focused on deriving the results. However, results differ from the expected results derived, and the necessity of verifying the research process was recognized. In addition, this opportunity not only verifies this part but also the overall verification of the ongoing research. Therefore, in this seminar, I will analyze the errors or deficiencies of the current research, the verification process, and the verification results.

지금까지는 전기자동차 배터리 하우징의 크로스 멤버에 대한 연구를 수행하면서 결과를 도출하는 데 초점이 맞춰져 있었다. 다만, 예상했던 결과와 다른 결과가 도출되어 이에 대한 연구과정의 검증 필요성을 인식했다. 아울러 이번 기회에 이 부분에 대한 검증 뿐만 아니라 현재 진행 중인 연구에 대한 전반적인 검증을 진행한다다. 따라서 이번 세미나에서는 현재 진행 중인 연구의 오류 혹은 미비점과 이에 대한 검증 과정, 검증 결과를 분석하려고 한다.

 In this study, to improve the safety of the electric kickboard, topology optimization was performed considering multiple loads on the connection part. After selecting three load conditions that can occur during driving, topology optimization was performed by dividing it into seven cases according to ratio, and the results were analyzed. As a result, it was confirmed that the truss structure is commonly formed, and the angle of the structure increases as the compliance increases. It is expected that the safety of electric kickboards will be improved through this study in the future.

 본 연구에서는 전동 킥보드의 안전성을 개선하기 위해 연결부에 대하여 다중하중을 고려한 위상최적설계를 수행하였다. 주행시 일어날 수 있는 하중조건 3가지를 선정한 후 비중에 따라 7가지의 Case로 나누어 위상최적설계를 수행하고 그 결과를 분석하였다. 결과는 공통적으로 트러스 구조로 형성되며, 컴플라이언스가 높아지면서 구조물의 각도가 높아지는 것을 확인하였다. 향후 본 연구를 통하여 전동 킥보드의 안전성이 개선되기를 기대한다.