Bone scaffolds are artificial structures that are implanted into the bone damage site to support external loads and activate surrounding cells to enable structural behavior. In order to replace the various functions of the bone scaffold, it is important to similarly reproduce or imitate the composition and mechanical properties of the qualitative bone. Although studies related to bone scaffolds have been actively conducted in recent years, structural behavior analysis around the insertion site is insufficient. Therefore, in this study, scaffolds with four porous structures were defined and then implanted into the femoral ball head, femoral neck, and trochanter of the femur, and structural behavior changes were analyzed. In addition, the behavior of the bone scaffold implantation area was calculated and quantitatively compared and analyzed with normal bone. Also, the relationship between the behavior change and the apparent elastic modulus of each structure was analyzed.

골용 스캐폴드는 골 손상 부위에 삽입되어 외부 하중을 지지할 뿐만 아니라 주변 세포들을 활성화 시켜 구조적 거동을 가능케 하는 인공 구조물이다. 이러한 골용 스캐폴드의 다양한 기능을 대체하기 위해서는 정성골의 조성과 기계적 특성을 비슷하게 재현하거나 모방하는 것이 중요하다. 최근 골용 스캐폴드 관련 연구들이 활발하게 이루어졌지만, 삽입부 주변의 구조적 거동 분석은 미비한 상황이다. 이에 본 연구에서는 4가지 다공성 구조를 갖는 스캐폴드를 정의한 뒤 대퇴골두, 대퇴경부, 대퇴전자 부위에 삽입하여 구조적 거동 변화를 분석하였다. 그리고 골용 스캐폴드 삽입 주변부위의 거동을 계산하여 정상골과 정량적으로 비교 분석하였다. 또한 거동 변화와 구조별 겉보기 탄성계수와의 관계성을 분석하였다.

Total hip replacement is often used as a treatment for a bloodless necrosis of the femur head. But despite the continuous development of artificial hip replacement, the dissociation phenomenon due to the stress shield phenomenon caused by the difference in rigidity between the normal bone and the artificial hip joint implanted is one of the problems that cannot be solved yet. In order to analyze this stress shield phenomenon, the previous study judged the possibility of stress shield phenomenon based on the change in the structural behavior of the implanted artificial hip joint. However, the structural behavior change of the normal bone before surgery is not the standard It is difficult to accurately judge the possibility of stress shield phenomenon based on the change in the structural behavior of the artificial hip joint. Therefore, in this study, the structural behavior change analysis in proximal femur with artificial hip joint implantation after artificial hip replacement under daily load conditions and the structural behavior change in normal bone It aims to compare and analyze quantitatively.

인공 고관절 전치환술은 흔히 대퇴골두 무혈성 괴사의 치료법으로 사용된다. 하지만 인공 고관절 전치환술의 지속적인 발달에도 불구하고 정상골과 삽입된 인공 고관절의 강성 차이에 의해 발생되는 응력방패 현상으로 인한 해리 현상은 아직까지 해결되지 못하는 문제점 중 하나이다. 이러한 응력방패 현상을 분석하기 위해 이전 연구는 삽입된 인공 고관절의 구조적 거동 변화를 기준으로 응력방패 현상의 발생 가능성을 판단하였다. 하지만 수술 전 정상골의 구조적 거동변화가 기준이 아닌 인공 고관절의 구조적 거동 변화를 기준으로 응력방패 현상 발생 가능성을 판단하는 것은 정확한 판단이 어렵다. 따라서, 본 연구에서는 일상 하중 조건 아래 인공 고관절 전치환술 이후 인공 고관절이 삽입된 근위 대퇴골에서의 구조적 거동 변화 분석과 정상골에서의 구조적 거동 변화를 정량적으로 비교 분석하는 것을 목표로 한다.

The strut bar is a part connected to the front wheel caster to improve driving performance and safety, and the need for a strut bar is being emphasized to compensate for the body imbalance that occurs during rotational driving due to an increase in the weight of the battery of an electric vehicle. As the recent trend of the automobile industry becomes larger, autonomous, and electrified, the weight of the vehicle body is increasing. To solve this, the need for weight reduction of vehicle parts is emerging. However, to date, studies on the rigidity and weight reduction of the strut bar to improve the rotational driving performance are insufficient. Therefore, this study analyzes the structural behavior of six models considering the load conditions for each angle that occur during rotational driving, A lightweight design was performed by removing a region with a low strain energy distribution through topological optimization. After the model was created by analyzing the shape difference in the design area, quantitative verification was performed according to strain energy.

회전주행시 발생하는 차체 불균형을 보완하기 위해 스트럿 바의 필요성이 강조되고 있다. 최근 자동차 산업의 트렌드가 대형화, 자율화, 전동화가 되어감에 따라 차체 중량이 증가하는 추세이며, 이를 해결하기 위해 차량 부품의 경량화에 대한 필요성이 대두되고 있다.다만 현재까지 회전주행성능을 향상시키기 위해 스트럿 바의 강성과 경량화를 고려한 연구는 미비한 실정이다. 따라서 본 연구는 회전주행시 발생하는 각도 별 하중 조건을 고려한 6가지 모델로 구조적 거동을 분석하고, 변형률 에너지 분포가 적은 부위를 위상최적설계를 통해 제거하여 경량 설계를 수행하였다. 이후 설계 영역에 대한 형상 차이를 분석하여 모델 생성 후 변형률 에너지에 따른 정량적인 검증을 수행하였다.

Bone changes the bone microstructure by adapting to external load conditions. Since these external load varies for each individual, the bone microstructure also differs for each patient. If the causal external loading of the current bone microstructure can be predicted, it can be used to estimate bone microstructure changes and prevent osteoporotic diseases. Therefore, in future work, a study on optimization-based bone microstructure causal load condition search method is planned. For the study, the various loading condition should be generated first, and analyzed the adaptability to the bone microstructure. Therefore, the purpose of this seminar is to analyze the load condition generation code, which is the initial stage of this study. The code consists of three parts: 1) Bone structure initialization, 2) Femoral head load generation, and 3) Greater trochanteric load generation. Some load conditions were assumed, and actual distributed loads were generated through the code.

골은 외부 하중에 적응하여 골 미세구조를 변화한다. 이러한 외부 하중은 개인마다 다르므로 골 미세구조 또한 환자 개인에 따라 상이하다. 만약, 현재의 골 미세구조를 유발하는 외부 하중을 예측할 수 있다면, 골 미세구조의 변화 방향을 예측하여 골다공증성 질병 예방에 사용 가능하다. 이를 위해 우리는 최적설계 기반 골 미세구조 유발 하중 조건 탐색법을 수행할 예정이다. 본 연구를 위해서는 먼저 다양한 하중 조건을 생성하여 골 미세구조의 적응성에 대해 분석할 필요성이 있다. 따라서 본 세미나에서는 최적설계 기반 골 미세구조 유발 하중 조건 탐색법 연구를 위한 초기 단계인 하중 조건 생성 코드 분석을 목적으로 한다. 코드는 세 부분 1) 골구조 초기화, 2) 대퇴골두 하중 생성, 3) 대전자부 하중 생성으로 구성된다. 본 코드를 통해 몇 가지 하중 조건 예시를 가정하여 실제 분포 하중을 생성하였다.

An electric motor, which is the main power source of an electric vehicle, is required to be lightweight in order to improve the efficiency of the vehicle. However, until now, it is difficult to systematically reduce the weight of the motor housing because there is no external force information or design criteria. Therefore, this study aims to analyze the maximum load tendency according to the change in thickness of the rigid part of the motor housing to provide design guidelines for lightening the motor housing. First, the concentrated load was applied to various areas of the motor housing using finite element analysis and the stress concentration was analyzed to identify the robust parts and weak parts. In addition, a finite element model for various thicknesses of the robust part was constructed to derive the maximum load according to various safety rates. The findings confirm that, as the thickness of the robust part of the motor housing increases, a smaller safety rate allows for a larger load. The guidelines proposed in this study are expected to contribute to the weight reduction of the motor by becoming a reference index for the minimum thickness design for a specific load when designing the motor housing.

전기차의 주동력원인 전기 모터는 차량의 효율성 향상을 위해 경량화가 요구된다. 다만, 현재까지 모터 하우징의 외력 정보나 설계 기준이 없어 체계적인 경량화가 어려운 상황이다. 이에 본 연구는 모터 하우징의 경량화를 위한 설계 가이드라인을 제공하기 위해, 모터 하우징 강건부의 두께 변화에 따른 최대 하중 경향성 분석을 목적으로 한다. 먼저, 모터 하우징 유한요소모델의 여러 부위에 집중 하중을 가하고 응력 집중도를 분석하여 강건부와 취약부를 확인했다. 그리고 강건부의 다양한 두께별 유한요소 모델을 구성하여 여러 가지 안전율에 따른 최대 하중을 도출했다. 연구 결과, 모터 하우징의 강건부는 두께가 증가할수록 안전율이 작을수록 더 큰 하중을 허용할 수 있음을 확인할 수 있었다. 본 연구를 통해 제시한 가이드라인은 모터 하우징 설계 시 특정 하중에 대한 최소한의 두께 설계의 참고지표가 되어 모터 경량화에 이바지할 것으로 기대한다.

Since the safety or stability of the electric vehicle battery is directly connected to the efficiency of the electric vehicle, the manufacturers agree on the importance and necessity of designing a battery housing to protect the battery. It was verified that a fire caused by battery damage in a collision accident causes a relatively large life accident by covering with flame or generating a deadly toxic gas, so it is required to research the safety of an electric vehicle battery housing to prevent a fire. Among them, the structural changes of the cross-member is attracting the attention of manufacturers due to cost reduction and effective solutions. Therefore, in this study, structural safety analysis was conducted in accordance with the cross sectional shape of the electric vehicle battery housing to minimize the deformation of the battery housing in the event of a collision. For this, a commercially available battery housing was modeled and a side collision scenario based on the KNCAP was implemented as a static structural analysis. For quantitative analysis, the stress and strain of each model generated were compared and analyzed. The improved model has a 5% reduction in the amount of deformation compared to the existing model.

전기 자동차 배터리의 안전 또는 안정성은 전기 자동차의 효율과 직접적으로 연결되므로 제조사들은 배터리를 보호하기 위한 배터리 하우징 설계의 중요성과 필요성을 동감하고 있다. 충돌 사고 시 배터리 파손에 의해 일어나는 화재는 재발화 혹은 주변이 화염으로 뒤덮이고 치명적인 유독성 기체를 발생하여 비교적 큰 인명사고를 유발하기에 화재를 예방하기 위한 전기 자동차 배터리 하우징의 안전성에 대한 연구가 필요한 것을 확인했다. 그 중 크로스멤버의 구조적 변경은 원가 절감과 효과적인 해결 방안으로 제조사들의 관심이 집중되고 있다. 따라서, 본 연구에서는 충돌 사고 시 배터리 하우징의 변형을 최소화를 위해 전기 자동차 배터리 하우징의 크로스멤버 단면 형상에 따른 구조적 안전성 분석을 했다. 이를 위해 상용화된 배터리 하우징을 모델링하였고 KNCAP 기준의 측면 충돌 시나리오를 정적 구조해석으로 구현하였다. 이를 정량적 분석을 위해 생성한 모델들별 응력과 변형량을 비교 분석하였다. 개선된 모델은 기존 모델대비 변형량이 5% 감소되었다.

According to linguists, the linguistic similarity between English and Korean is lower than other language pairs. Especially, it is more difficult to write a sentence in English because a research paper must be written in concise and clear sentences. These problems will reduce the efficiency of CADLAB members writing global journals and papers. Therefore, in order to reduce these difficulties, this seminar aims to summarize and share various literatures related to ‘How to write research paper in English.’ This seminar consists of three parts: 1) Introduction and discussion writing, 2) Clear sentence writing, and 3) Helpful tools. Especially, part 2) is divided into three in detail: 2.1) Concise, 2.2) Focus and flow, and 2.3) Vigor. Through this seminar, important points of how to write a research paper in English were shared, and it is expected to reduce the difficulties of writing a paper for all members.

언어학자들의 연구에 의하면 한국어와 영어의 유사도가 다른 언어에 비해 상당히 낮다. 이에 따라 한국인은 영어로 문장을 작성하기 어렵다. 특히, 연구 논문을 작성하기 위해서는 간결하고 명료한 문장을 작성해야 하므로 영어로 문장을 작성하기가 더 어렵다. 이러한 문제점은 향후 연구실원들이 해외 학술 논문을 작성하는데 효율성을 떨어뜨릴 것이다. 따라서 본 세미나에서는 이러한 어려움을 완화하기 위해, 영어 연구 논문 작성 방법과 관련된 다양한 문헌을 요약 정리하여 공유하는 것을 목적으로 한다. 본 세미나는 세 부분으로 구성된다. 1) 서론 및 논의 작성 방법, 2) 명확한 영어 문장 쓰기, 3) 영어 논문 작성에 유용한 도구. 특히, 2) 명확한 영어 문장 쓰기 부분은 세부적으로 2.1) 간결한 문장 작성 방법, 2.2) 초점과 흐름이 있는 문장 작성 방법, 2.3) 활기찬 글 장성 방법 세가지로 나뉜다. 본 세미나를 통해 영어 연구 논문 작성 방법의 중요한 요점을 공유했으며 이는 연구실원들의 논문 작성의 어려움을 줄여줄 것으로 기대된다.

A bone cafold is an artificial structure that is inserted into the site of bone injury to not only support external loads, but also activates surrounding cells to enable orthographic behavior. In order to replace the various functions of these bone scaffolds, it is important to reproduce or imitate the composition and mechanical properties of the qualitative bone similarly. Recently, studies on bone scaffolds have been actively conducted, but the analysis of the structural behavior around the insertion is incomplete. After defining 4 scaffolds, they were inserted into 3 insertion sites for finite element analysis. In addition, in this study, structural behavior changes by region of interest of the proximal femur into which the bone scaffold was inserted were analyzed, and the relationship between the rigidity of the scaffold by structure was analyzed. As a result, it was confirmed that the scaffold, which exhibited a behavior similar to that of the normal bone of the insertion, had less effect around the insertion than on the structure that increased the rigidity of the scaffold itself.

골용스캐폴드는골손상 부위에 삽입되어 외부 하중을 지지할 뿐만 아니라 주변 세포들을 활성화 시켜 구 조적 거동을 가능케하는 인공 구조물이다. 이러한 골용 스캐폴드의 다양한 기능을 대체하기 위해서는 정성 골의 조성과 기계적 특성을 비슷하게 재현하거나 모방하는 것이 중요하다. 최근 골용 스캐폴드 관련 연구들 이 활발하게 이루어졌지만, 삽입부 주변의 구조적 거동 분석은 미비한 상황이다. 4가지 스캐폴드를 정의한 뒤 3가지 삽입부위에 삽입하여 유한요소해석을 진행하였다. 또한 본 연구에서는 골용 스캐폴드가 삽입된 근위 대퇴골의 관심영역 별 구조적 거동 변화를 분석하고, 구조별 스캐폴드의 강성과의 관계성에 대해 분석하였다. 그 결과 스캐폴드 자체의 강성을 높이는 구조 보다는 삽입부 정상골과 유사한 거동을 보이는 스캐폴드가 삽입부 주변에 미치는 영향이 적은 것을 확인할 수 있었다.

 In this seminar, precautions for writing a thesis and how to use the program were delivered to speed up students' thesis writing.Through this seminar, we expect CAD LAB students to write one or more thesis during vacation.

 이번 세미나에서는 학생들의 논문 작성 속도를 높이기 위해 논문 작성 시 주의사항과 프로그램 사용법 등을 전달하였다. 본 세미나를 통해 CAD LAB 학부생들이 방학기간 내 한 편 이상의 논문 작성을 완료하기를 기대한다.

In order to treat the femoral head, which is commonly occurring in the femur, which plays an important role in the human body, artificial hip replacement is used. However, in order to analyze the dissociation phenomenon of artificial hip joint, which occurs after surgery, which occurs after an artificial hip replacement, the interpretation of the response distribution in the skeletal system where the artificial structure is inserted is very important. A variety of studies have been conducted to analyze this phenomenon, but most of the research has been conducted on bone density basis. However, for accurate structural behavior analysis, analysis of bone microstructure is essential. Therefore, the study aims to analyze the response distribution in the bone microstructure when the artificial hip joint is inserted into the proximal femur.

인체에서 중요한 역할을 수행하는 대퇴골에서 흔히 발생하는 대퇴골두 무혈성 괴사를 치료하기 위해서는 인공 고관절 전치환술을 사용한다. 하지만 인공 고관절 전치환술 이후 발생하는 부작용 중 수술 후 발생되는 인공 고관절의 해리 현상을 분석하기 위해서는 인공 구조물이 삽입된 골격계에서의 응력분포 해석이 매우 중요하다. 이러한 현상을 분석하기 위해 다양한 연구들이 진행되어왔지만 대부분 골 밀도 기반에서의 연구가 진행되었다. 하지만, 정확한 구조적 거동 분석을 위해서는 골 미세구조를 고려한 분석이 필수적이다. 따라서 본 연구는 근위 대퇴골에 인공 고관절이 삽입되었을 때 골 미세구조에서의 응력분포 분석을 목표로 한다.

An electric motor, which is the main power source of an electric vehicle, is required to be lightweight in order to improve the efficiency of the vehicle. However, until now, it is difficult to systematically reduce the weight of the motor housing because there is no external force information or design criteria. Therefore, this study aims to analyze the maximum load tendency according to the change in thickness of the robust part of the motor housing to provide design guidelines for lightening the motor housing.

전기차의 주동력원인 전기 모터는 차량의 효율성 향상을 위해 경량화가 요구된다. 다만, 현재까지 모터 하우징의 외력 정보나 설계 기준이 없어 체계적인 경량화가 어려운 상황이다. 이에 본 연구는 모터 하우징의 경량화를 위한 설계 가이드라인을 제공하기 위해, 모터 하우징 강건부의 두께 변화에 따른 최대 하중 경향성 분석을 목적으로 한다.

In electric vehicles, battery safety or stability is directly connected to the efficiency of electric vehicles. However, research on the structural safety of battery housing to prevent battery damage caused by external impacts is currently insufficient. To prevent a life accident caused by battery damage, manufacturers are improving the safety of the battery housing most effectively. Manufacturers have increased the safety of battery housings through subframes and transverse cross-members. Research on subframes is being actively conducted, but research on transverse cross members is insufficient. Therefore, this research aims to analyze the structural safety of the cross-sectional shape of the transverse cross-member of the electric vehicle battery housing to minimize battery deformation in the event of a collision.

전기자동차는 배터리 안전 또는 안정성은 전기자동차의 효율과 직접적으로 연결된다. 다만, 외부 충격으로 인해 발생하는 배터리의 파손을 방지하기 위한 배터리 하우징 구조적 안전성에 대한 연구는 현재 미비하다. 배터리 파손에 의해 발생한 인명사고를 예방하기 위해 제조사들은 가장 효과적인 방법으로 배터리 하우징의 사고 시 안전성을 개선하고 있다. 제조사들은 서브프레임과 횡방향 크로스멤버를 통해 배터리 하우징의 안전성을 높였다. 서브프레임에 관한 연구는 활발히 진행되고 있지만, 횡방향 크로스멤버에 관한 연구는 미비하다. 따라서, 본 연구에서는 충돌 사고 시 배터리 변형의 최소화를 위해 전기 자동차 배터리 하우징의 횡방향 크로스멤버 단면 형상에 따른 구조적 안전성을 분석하고자 한다.

The strut bar is a component that is connected to a caster of a vehicle to reduce a burden on the vehicle body. Recently, the strut bar has received much attention from consumers due to the advantage of improving driving performance at low costs, but has a problem in that vehicle fuel efficiency is reduced and the weight of the front wheel driving device is increased. To solve this problem, several shapes of products have been released, but there is a lack of clear evidence for how much lightweight parts reduce the load. Therefore, in this study, it is assumed that the general load generated on the road surface by the suspension device is absorbed, and the rotational driving situation in which the greatest force is transmitted to the strut bar is considered. The structural behavior through finite element analysis was identified, and numerical-based design phase optimization was presented for accurate weight reduction. Through this, it was confirmed that the weight of the strut bar was improved.

스트럿바는 차량의 캐스터에 연결되어 차체에 발생하는 부담을 저하시켜주는 부품이다. 스트럿바는 최근 적은 비용으로 주행성능을 향상시킬 수 있다는 장점에 의해 소비자들에게 많은 관심을 받고 있으나, 장착 시 발생하는 차량 연비 저하와 전륜구동 장치의 무게가 증가하는  문제점이 있다. 이를 해결하기 위해 여러 형상의 제품이 출시 되어왔으나 , 경량화된 부품이 하중을 얼마나 경감하는지에 대한 명확한 근거가 부족하다. 따라서, 본 연구에서는 현가 장치에 의해 노면에서 발생하는 일반적인 하중은 흡수된다고 가정하였으며, 스트럿바에 가장 큰 힘이 전달되는 회전 주행 상황을 고려하였다. 이를 유한요소해석을 통한 구조적 거동을 파악하였으며, 정확한 경량화를 위해 수치 기반의 설계 위상최적화을 제시한다. 이를 통해 스트럿바의 무게 개선이 되었음을 확인하였다.

 In this study, structural analysis and topology optimization were performed to improve the structural strength of the electric kickboard connection part. First, a design with improved safety was derived through structural analysis, and it was confirmed that safety could be improved depending on the phase and shape of the electric kickboard connection part. Through the topology optimization, the change of the optimization phase according the four values to each of the volume fraction and the filter size within the design area was confirmed. As a result, the structure connecting the bottom of the footrest and the bottom of the handle support changed to toroid type, which lowered the maximum strain energy and confirmed the change to improve the uniformity of distribution. The results of this study are expected to contribute to the safety improvement and optimization design direction of electric kickboards in the future.

 본 연구에서는 전동 킥보드 연결부의 구조적 강도 개선을 위해 전산구조해석과 위상최적설계를 수행하였다. 먼저, 전산구조해석을 통해 안전성이 개선된 설계안을 도출해내었으며, 전동 킥보드 연결부의 위상과 형상에 따라 안전성이 개선될 수 있음을 확인하였다. 위상최적설계를 통해 설계 영역 안에서 Volume fraction과 Filter size 가각 4가지의 값에 따른 최적화 위상의 변화를 확인하였다. 연구 결과로 발판 하단과 핸들 지지대 하단을 연결하는 구조가 토로이드형으로 변화하여 최대 변형율 에너지를 낮추고 분포의 균일성을 향상 시키는 변화를 확인하였다. 본 연구 결과는 앞으로 전동 킥보드 안전성 개선 및 최적화 설계 방향에 기여할 것으로 기대된다.

Correct external load application is important to successfully perform the bone remodeling and reconstruction simulation that generates optimal bone structures for external loads. However, since the types of loads acting on the human body are very diverse, there is a problem that excessive computational resources are required to reflect them in the simulation. Therefore, this study proposed a quantitative dependency analysis method of physiological load condition for region of interest in the proximal femur, which can improve the computational efficiency of bone reconstruction. Then, the load dependence is validated through bone reconstruction based on the dominant load condition. The bone reconstruction results have good agreement with the reference model, which means that the proposed method can reduce the load condition in local model, thereby improving computational efficiency.

외부 하중에 대한 최적 구조물을 생성하는 골 재형성 또는 골재건 모사를 성공적으로 수행하기 위해서는 올바른 외부 하중 부여가 매우 중요하다. 다만 인체에 작용하는 하중의 종류가 매우 다양하여, 이를 모사에 반영하기 위해서는 과도한 계산 용량(Computational resources)이 요구되는 문제점이 있다. 따라서 본 연구에서는 골 재형건의 계산 효율성 향상을 가능하게 하는 근위 대퇴골의 관심 영역에 대한 생리학적 부하 조건의 정량적 의존도 분석법을 제시하고 한다. 그리고 지배적 하중 기반의 골 재건을 통해 하중 의존도를 검증한다. 지배적 하중이 적용된 골 재구성 결과는 참조 모델과 잘 일치했다. 이는 제안한 방법을 통해 국부 영역에서의 하중 조건을 감소하는 동시에 골 재형성의 크기를 감소시켜 계산 효율성 향상이 가능하다는 것을 의미한다.

This student has recently submitted a thesis to the Korean Society of Precision Engineers with the subject of Recently "Structural Behavior Analysis According to Porous Structures of The Bone Scaffold in The Femoral Head". The results of the first review for the above paper arrived at the conference. As a result, there were seven modifications and requirements. Therefore, this seminar aims to present answers to the 7 limb modifications and requirements requested by society.

본 학생은 최근"최근 "골용 스캐폴드의 다공성 구조에 따른 대퇴골두 삽입 주변부에서의 거동 변화 분석 연구” 란 주제로 한국정밀공학회에 논문을 투고한 바 있다.  해당 학회에서 위 논문에 대한 1차 심사 결과가 도착하였다. 그 결과 7가지 수정 및 요구사항이 있었다. 이에 본 세미나에서는 학회에서 요청한 7사지 수정 및 요구사항에 대한 답변을 제시하는 것을 목표로 한다. 

Electric motors are the main power sources for electric vehicles, and the demand for motors along with electric vehicles has soared in recent years in accordance with environmental regulations. The fuel efficiency of automobiles is closely related to weight, and accordingly, lightening is emerging. The motor housing, one of the components of the electric motor, plays an important role in protecting the interior and supporting the bearing portion. However, until now, there is a problem that the strength and weight of the motor housing lead to high operating costs and durability life. Therefore, it is necessary to secure the possibility of reducing the thickness of the housing. Therefore, the goal of this study is to reduce the thickness and implement lightening after analyzing the stress concentration of the motor housing considered under the load conditions for each scenario.

전기 모터는 전기자동차의 주동력원으로, 최근 환경규제에 따라 전기자동차와 함께 모터의 수요가 급증하고 있다. 자동차의 연비효율은 중량과 밀접한 연관이 있으며, 이에 따라 경량화가 대두되고 있다. 전기 모터의 구성요소 중 하나인 모터 하우징은 내부를 보호하고 베어링부를 지지하는 중요한 역할을 한다. 다만, 현재까지 모터 하우징의 강도와 무게는 높은 운영 비용과 내구성 수명으로 이어지는 문제가 있다. 따라서 하우징의 두께 절감의 가능성을 확보할 필요가 있다. 따라서, 본 연구에서는 시나리오별 하중조건 아래 모두 고려한 모터 하우징의 응력집중도를 분석 후 두께를 감소시키며 경량화를 구현하는 것이 목표이다.

Artificial hip replacement has been used as an effective therapy for serious hip joint diseases. However, despite the continuous development of artificial hip replacement, the phenomenon of bone resorption due to stress shielding caused by post-joint insertion after artificial joint insertion is one of the problems that have yet to be solved. This bone resorption phenomenon can cause not only dissociation of artificial hip joint, but also various side effects. Previous studies to analyze these bone resorption phenomena have been studied with the assumption that the elastic modulus of the femur and the cancellous bone is equal. However, since the cancellous bone has the characteristics of anisotropy, the assumption of the existing research is difficult to produce accurate results. Therefore, the study aims to implement 600µm low resolution artificial proximal femur modeling and to be interpreted under two load conditions prior to the interpretation of internal bone structure changes in the micro-level following artificial hip replacement.

인공 고관절 치환술은 심각한 고관절 질환에서 효과적인 치료법으로 사용되어 왔다. 하지만 인공 고관절 치환술의 지속적인 발달에도 불구하고 인공 관절 삽입 후 대퇴 stem에 의해 발생되는 응력 방패 현상으로 인한 골흡수 현상은 아직까지 해결되지 못하는 문제점 중의 하나이다. 이러한 골흡수 현상은 인공고관절의 해리의 원인 뿐만 아니라 다양한 부작용을 야기할 수 있다. 이러한 골흡수 현상을 분석하기 위한 이전 연구는 대퇴골의 피질골과 해면골의 탄성 계수가 동일하다는 등방성 성질은 가정하여 연구가 진행 되어왔다. 하지만 실제로는 해면골이 이방성의 특징을 가지고 있어 기존 연구의 가정은 정확한 결과값을 도출하기 어렵다. 따라서, 본 연구에서는 인공 고관절 치환술 이후 인공관절 삽입으로 인해 나타나는 micro-level에서의 내부 골구조 변화 해석을 하기 전 600μm 저해상도 인공 근위 대퇴골 모델링을 구현하고 2가지 하중 조건 아래 해석해 볼 것을 목표로 한다.

The expansion of electric vehicles is expected to be the key means with the highest contribution to reducing emissions. Since a fire of an electric vehicle caused by a collision accident causes a large personal accident and is relatively dangerous compared to an internal combustion engine(ICE), the need for research on a battery fire of an electric vehicle was confirmed. In addition, research on the improvement of the platform structural safety to prevent battery damage caused by external impact is insufficient, and a side part of EV platform is relatively weak compared to the front and rear in case of a collision. Therefore, in this study, in order to minimize battery deformation in the case of the collision accident, the side thickness of the electric vehicle platform is changed and the improvement plan is verified through structural safety analysis.

전기 자동차의 확대는 배출가스 감축 기여도가 가장 높은 핵심 수단으로 전망되고 있다. 충돌 사고로 인해 발생한 전기 자동차의 화재는 큰 인명사고를 유발하고 내연기관에 비해 비교적 위험하므로 전기 자동차의 배터리 화재에 대한 연구 필요성을 확인했다. 또한 외부의 충격으로 인해 발생하는 배터리의 파손을 방지하기 위한 플랫폼 구조적 안전성 향상에 대한 연구는 미비하고 전기 자동차 플랫폼의 측면 부위는 충돌 사고시 정면과 후면에 비해 비교적 취약하다. 따라서, 본 연구에서는 충돌 사고시 배터리 변형의 최소화를 위해 전기 자동차 플랫폼의 측면 두께를 변경하며 구조적 안전성 분석을 통해 개선안 검증하는 것이 목표이다.

In recent years, phase optimization methods for optimal design have been actively used in many fields. This phase optimal design process can produce a suitable shape in consideration of the load conditions of the target and can produce detailed results according to the precise load condition position. However, it has a lot of time disturbances to determine this precise load condition. Therefore, this study is aimed at implementing and validating a learned algorithm that can reduce the time required for load condition positioning.

최근 최적 설계를 하기 위한 위상 최적화 방법이 많은 분야에서 활발히 활용 되고 있다. 이러한 위상 최적 설계 과정은 대상의 하중 조건을 고려하여 알맞은 형상을 도출해낼 수 있으며 정밀한 하중 조건 위치에 따라 세밀한 결과를 도출할 수 있다. 그러나 이 정밀한 하중 조건을 결정하기 위해서 많은 시간적 소요를 가진다. 따라서 본 연구는 하중 조건 위치 결정에 대한 시간적 소요를 단축할 수 있는 학습된 알고리즘 구현 및 검증을 목적으로 한다.

 In this study, topology optimization was performed to improve the structural strength of the electric kickboard connection part. In the design area, the change of the optimization phase according to the five volume fraction values was confirmed. Assuming a frontal collision situation, when the collision force and the compressive force of the occupant are applied, two phases are formed. Finally, it was confirmed that the optimized shape of the connection part changes to a toroidal shape in the two phases in accordance with an increase in the volume fraction value. The results of this study are expected to contribute to the design direction for optimizing electric kickboards in the future.

 본 연구에서는 전동 킥보드 연결부의 구조적 강도 개선을 위해 위상최적화를 수행하였다. 설계 영역 안에서 5가지 Volume fraction 값에 따른 최적화 위상의 변화를 확인하였다. 정면 충돌상황을 가정 하여 충돌힘과 탑승자의 압축힘이 가해질 경우 2개의 위상으로 형성되었다. 최종적으로 연결부의 최적화 형상은 Volume fraction 값의 증가에 따라 2개의 위상에서 상단 연결부가 토로이드형으로 변화하는 것을 확인하였다. 본 연구 결과는 앞으로 전동 킥보드 최적화 설계 방향에 기여할 것으로 기대된다.

Recently, many studies have been conducted due to the advantages and technological development of the bone scaffold, which has resulted in the rapid development of the bone scaffold. However, quantitative analysis studies on the mechanical interaction with bone tissue at the periphery of insertion of the bone scaffold are insufficient. Therefore, in this study, the structural behavior of the implant periphery according to the porous structure of the bone scaffold is quantitatively analyzed. After defining the scaffolds with circular, triangular, and rectangular porous structures, the behavior of the scaffold insertion periphery under three daily load conditions was calculated and quantitatively compared with normal bone. The apparent elastic modulus was calculated through uniaxial compression simulation for each scaffold shape and the relationship between the behavior changes was analyzed. It was found that a structure that can transmit and support an external load in a shape similar to a normal bone is more important than a structure that increases the rigidity of the scaffold itself.

최근 골용 스캐폴드의 장점과 기술 발전으로 인해 많은 연구들이 진행되어 골용 스캐폴드의 비약적인 발전을 이루었다. 하지만 골용 스캐폴드의 삽입 주변부에서의 골조직과의 역학적 상화작용에 대한 정량적 분석 연구는 미비한 상황이다. 이에 본 연구에서는 골용 스캐폴드 다공성 구조에 따른 삽입 주변부의 구조적 거동을 정량적으로 분석하고 한다. 원형, 삼각형, 사각형 다공성 구조의 스캐폴드를 정의한 뒤 3가지 일상하중조건 아래 스캐폴드 삽입 주변부의 거동을 계산한 뒤 정상골과 정량적으로 비교하였다. 스캐폴드 형상별 일축 압축 시뮬레이션을 통해 겉보기 탄성계수를 계산하여 거동 변화의 관계성에 대해 분석하였다. 스캐폴드 자체의 강성을 높이는 구조보다는 정상골과 흡사한 형태로 외부 하중을 전달하고 지탱할 수 있는 구조가 더 중요함을 알 수 있었다.

Bone remodeling simulations based on topology optimization have received much attention in recent years. Since accurate loading conditions are required to perform accurate bone remodeling, researchers have conducted many studies to predict load conditions. In our previous study, we confirmed that a specific load dominates the specific ROI(region of interest) of the femur through load dependence analysis using strain energy density distribution. However, the applicability and validation of these dominant loads to the region of interest for bone remodeling are insufficient. Therefore, the purpose of this study is to perform local bone remodeling by applying a dominant load condition through load dependence analysis and to check its accuracy. This study follows three steps. 1) ROI was determined, 2) accurate loading conditions for the ROIs were determined, and 3) bone remodeling was performed with the predicted accurate loading conditions. The results of bone remodeling showed high accuracy by comparing the pattern similarity and morphological index with the reference model. This means that the accuracy of the load dependence analysis presented in the previous study is high. And by applying a dominant load, it was validated that it was possible to perform actual bone remodeling.

토폴로지 최적화를 기반으로 한 골 재형성 시뮬레이션은 최근 몇 년 동안 많은 관심을 받고 있다. 정확한 골 재형성을 수행하기 위해서는 정확한 하중 조건이 필요하므로 연구자들은 하중 조건을 예측하기 위해 많은 연구를 수행해왔다. 우리는 이전 연구에서 변형률에너지밀도 분포를 이용한 하중 의존도 분석을 통해 대퇴골의 특정 관심영역은 특정 하중이 지배적으로 영향을 미치는 것을 확인했다. 그러나 이러한 지배적인 하중의 관심영역 골재형성에대한 적용 가능성 및 검증은 부족한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 하중 의존도 분석을 통한 지배적 하중 조건을 적용한 국부적 골 재형성을 수행하고 그 정확성을 확인하는 것을 목적으로 한다. 본 연구는 다음 세 단계를 따른다. 1) ROI(관심 영역)를 결정하고, 2) ROI에 대한 정확한 부하 조건을 결정하고, 3) 예측된 정확한 하중 조건으로 골 재형성을 수행했다. 골 재형성 결과는 기준 모델과 패턴의 유사성과 형태학적 지수를 비교하여 높은 정확도를 보였다. 이는 이전 연구에서 제시한 하중 의존도 분석의 정확도가 높은 것을 의미한다. 그리고 지배적 하중을 적용하여 실제 골재형성 수행이 가능한 것을 검증했다.

Recently, the number of patients with degenerative lumbar disease is increasing due to the aging of the global population. Various spinal diseases such as spinal stenosis, intervertebral disc herniation, and scoliosis are symptoms of pain or paralysis, causing patients to have difficulty in their daily lives. In order to solve these spinal diseases, a spinal screwing system is used as surgical methods such as spinal correction and spinal fusion. However, despite showing very stable fixation immediately after surgery, the fastening is loosened due to erosion of the insertion periphery of the spinal screw inserted by long-term human activity, resulting in dropping. Moreover, in the case of patients with degenerative spinal diseases, the bone density of the sponge bone decreases and the thickness of the cortical bone is also thin, which significantly lowers the holding force compared to normal people. As a prior study to solve this problem, the direction of the study after bone modeling selection and verification was constructed before analyzing how the stress distribution appears when screws are combined into the spine.

최근 세계적인 인구 고령화로 퇴행성 요추 질환 환자가 증가하고 있다. 척추관협착증이나 추간판탈출증, 척추측만증 등 다양한 척추질환은 통증이나 마비 증상으로 환자들이 일상생활에 어려움을 겪게된다. 이와 같은 척추질환들을 해결하기 위해 척추 교정술, 척추 유합술 등의 수술법으로 척추경 나사못 시스템이 사용된다. 그러나 수술 직후 매우 안정적인 고정을 보임에도 불구하고, 장기간의 인체 활동에 의해 삽입된 척추경 나사못의 삽입 주변부 침식 등으로 체결이 느슨해져 탈락되는 현상이 발생한다. 더욱이 퇴행성 척추 질환 환자의 경우는 해면골의 골밀도가 떨어지고 피질골의 두께 또한 얇아 정상인에 비해 고정력이 현저히 낮아지게 된다. 이러한문제의 해결을 위한 선행 연구로 척추에 나사를 결합 하였을 때, 응력 분포가 어떻게 나타나는지 분석하는 것을 수행하기 전 뼈 모델링 선정 및 검증 이후 연구의 방향성을 구성하였다.

A market analysis study was conducted on EVs that replace engines and transmissions of internal combustion engine vehicles and E-axle, a key product for PHEV driving. Since it is a technology that has not yet been commercialized and is in the early stages of development, market analysis of the e-axle system was required. Therefore, the market status and prospects were investigated and technology development trends were investigated.

내연기관 차량의 엔진 및 변속기를 대체하는 EV와 PHEV 구동 핵심 제품인 E-axle에 대한 시장 분석 조사를 하였다. 아직 상용화되지 않은 기술이며, 개발 초기 단계이기 때문에 e-axle 시스템에 대한 시장분석이 필요했다. 따라서, 시장현황 및 전망에 대해 조사하였고 기술개발동향에 대해 알아보았다.

Machine learning is a field of artificial intelligence research that is rapidly developing through deep learning and is being used in various fields. In order to apply this highly useful deep learning to my research, I thought it was important to select an appropriate learning method and learning model. However, as a basic study to determine this, the understanding and algorithm of the multilayer perceptron, the basic structure of deep learning, were analyzed. We would like to present multi-layer perceptrons and algorithms through this seminar.

머신러닝은 최근 인공지능 연구의 한 분야로 딥러닝을 통해 빠르게 발전되어 가고 있으며 여러 분야에서 활용되고 있다.  이 활용도가 높은 딥러닝을 나의 연구에 접목시켜나가기 위해서는 적합한 학습방법과 학습모델을 선정하는 것이 중요하다고 생각되었다. 이 를 판단하기 위한 기초 연구로서 딥러닝의 기본 구조인 다층퍼셉트론에 대한 이해와 알고리즘을 분석을 하였다.  이번 세미나를 통해 다층 퍼셉트론과 알고리즘에 대해 발표 해보고자 한다.

As automobiles become more widely distributed around the world, the generation of CO_2 (carbon dioxide) and NO_x (nitrogen oxide) increases every year, and thus the air pollution problem is on the rise. To prevent this, regulations on automobile production have been tightened, and automobile manufacturers are paying attention to the production of electric vehicles that cause less air pollution than internal combustion engine vehicles that seriously cause air pollution. Electric vehicles have the advantage of causing less air pollution, but they also have disadvantages. In the part of vehicle fire, there is a fact that electric vehicles are more dangerous than general internal combustion engines. Accordingly, in the event of a collision that may lead to a vehicle fire, structural analysis will be performed to protect the battery.

전 세계 자동차 보급이 증가하면서 CO_2(이산화탄소)와 NO_x(질소산화물) 발생이 매해 증가하게 되어 대기 오염 문제가 점점 증가하는 추세이다. 이를 방지하기 위해 자동차 생산에 관한 규제가 강화되어 자동차 제조업체들은 대기 오염을 심각하게 유발하는 내연 기관 자동차보다 적게 유발하는 전기 자동차 생산에 주목되고 있다. 전기 자동차는 대기 오염을 적게 유발하는 장점이 있지만 단점도 존재한다. 차량 화재 부분에서 전기 자동차가 일반 내연 기관 차에 비해 더 위험하다는 사실이 존재한다. 이에 차량 화재로 이어질 수 있는 충돌 사고가 일어났을 시 배터리 보호를 위하여 구조 해석을 수행할 것이다.

 In this study, topology optimization was performed to improve the structural strength of the electric kickboard connection part. The calculation process was modified to confirm the change according to the volume fraction value within the design area. When only the collision force was applied, the structure of the connection part was formed in the shape of a straight line lying close to the front wheel part. When the compressive force of the occupant is added, two phases are formed. Finally, it was confirmed that the optimized shape of the connection part changes to a toroidal shape in the two phases in accordance with an increase in the volume fraction value. The results of this study are expected to contribute to the design direction for optimizing electric kickboards in the future.

 본 연구에서는 전동 킥보드 연결부의 구조적 강도 개선을 위해 위상최적화를 수행하였다. 설계 영역 안에서의 Volume fraction 값에 따른변화를 확인하기 위하여 계산 과정을 수정하였다. 충돌힘만 주었을 경우 앞바퀴부에 근접하여 누운 직선형의 형상으로 연결부의 구조가 형성되었다. 탑승자의 압축힘까지 가해질 경우 2개의 위상으로 형성되었다. 최종 연결부의 최적화 형상은 Volume fraction 값의 증가에 따라 2개의 위상에서 상단 연결부가 토로이드형으로 변화하는 것을 확인하였다. 본 연구 결과는 앞으로 전동 킥보드 최적화 설계 방향에 기여할 것으로 기대된다.

Based on the security point of the "Analysis of changes in the behavior of the implant periphery according to the shape of the scaffold for bone through the 600 μm artificial proximal femur image through the 600 μm proximal femur image" conducted last week, the scaffold shape with a new pore size and thickness was defined and The shear modulus was obtained through the shear test. The difference in strain energy between the periphery of the bone scaffold insertion and the non-inserted periphery in the stage of osseointegration and bone remodeling was analyzed using stiffness and shear modulus. As a result, the compressive stress of the bone scaffold causes bone formation, and the shear stress can stimulate cartilage formation. Therefore, it is judged that the more the scaffold has relatively strong rigidity, the less likely the bone formation may occur. In addition, it was confirmed that the shape that can transmit the load in a form similar to the bone structure has a smaller effect on the area around the insertion.

저번 주 진행하였던 "600 μm 인공 근위 대퇴골 영상을 통한 골용 스캐폴드 형상에 따른 삽입 주변부의 거동 변화 분석" 연구의 보안점을 바탕으로 새로운 공극 크기와 두께를 갖는 스캐폴드 형상을 정의하고 스캐폴드 형상 별 전단실험을 통해 전단탄성계수를 구하였다. 골 유착과 골 재형성 단계에서의 골용 스캐폴드 삽입 주변부위와 삽입되지 않은 주변부위의 변형에너지 차이를 강성과 전단탄성계수를 이용해여 해석하였다. 그 결과 골용 스캐폴드의 압축 응력은 뼈의 형성을 일으키고, 전단 응력은 연골 형성의 자극이 될 수 있다. 그러므로 상대적으로 강한 강성을 갖는 스캐폴드 일수록 뼈의 형성이 잘 일어나지 않을 수 있다고 판단이 된다. 또한 골 구조와 유사한 형태로 하중을 전달할 수 있는 형상일 수록 삽입 주변부위에 미치는 영향을 작은 것으로 확인하였다.

Bone remodeling simulations based on topology optimization have received much attention in recent years. However, bone remodeling method can be time-consuming due to multiple finite element analysis. In particular, the more load conditions applied, the more analysis is required. Therefore, we propose the high computational efficiency localized bone remodeling with precise load conditions. The proposed method follows these three steps; 1) determine the ROIs(the regions of interest), 2) determine the precise load condition for the ROIs, and 3) perform the bone modeling with predicted precise load conditions. The proposed model showed efficiency improvement in computation time and similar shape in trabecular bone compared to conventional model.  This means that the proposed method can computationally simulate bone remodeling for the region of interest with high computational efficiency and accuracy

토폴로지 최적화를 기반으로 한 골 재형성 시뮬레이션은 최근 몇 년 동안 많은 관심을 받고 있다. 다만, 골 재형성 방법은 다중 유한 요소 해석으로 인해 시간이 많이 소요된다. 특히 더 많은 하중 조건이 적용될수록 더 많은 해석이 필요하다. 따라서 우리는 정확한 하중 조건으로 높은 계산 효율을 갖는 국부적인 골 재형성을 제안한다. 제안된 방법은 다음 세 단계를 따른다. 1)ROI(관심 영역)를 결정하고, 2) ROI에 대한 정확한 부하 조건을 결정하고, 3) 예측된 정확한 하중 조건으로 골 재형성을 수행한다. 제안된 모델은 기존 모델에 비해 계산 시간의 효율성 향상과 소주골의 유사한 형태를 보였다. 이는 제안된 방법이 높은 계산 효율성과 정확도로 관심 영역에 대한 골 재형성을 효율적으로 시뮬레이션 할 수 있음을 의미한다.

Recently, due to COVID-19, telecommuting has increased and PC demand has increased accordingly. However, due to insufficient knowledge of computers, it is difficult to configure computers. To allow beginners to configure their own custom-built PC, we compared the background knowledge related to parts and manufacturers, and constructed the optimal estimate of CADLAB.

최근 코로나로 인해 재택 근무가 늘어나고 이에 따라 PC 소요가 상승했다. 하지만 컴퓨터에 대해 지식이 충분하지 않아 컴퓨터를 구성할 때 어려움을 겪는다. 입문자가 스스로 조립형 PC를 구성할 수 있도록 부품 관련 배경 지식과 제조사별 비교, 현재 CADLAB의 최적의 견적을 구성해보았다.

In this study, topology optimization of the handle support and footrest connection part of the electric kickboard was performed. To this end, the research model was discretized into elements and analyzed using MATLAB through loading and boundary conditions for front collision of electric kickboard. When only the impact force is applied to the front wheel, a low-angle connection part is formed, and when the occupant's compressive force is also applied to the handle, two connection parts are formed.. This study will contribute to the study of 3D topology optimization of electric kickboards.

 본 연구에서는 전동 킥보드의 핸들 지지대와 발판 연결부의 위상최적화를 수행하였다. 이를 위해 연구 모델을 요소로 이산화하여, 정면충돌 하중조건을 통해 MATLAB을 사용하여 해석하였다. 충돌힘만 주었을 때는 각도가 낮은 하나의 연결부가 형성되었고, 탑승자의 압축힘까지 줄 경우 2개의 위상으로 최적화되어 기존 전동킥보드 모델의 연결부에서 하단에 지지대를 추가할 시 안전성이 개선될 것임을 확인하였다. 본 연구는 다음 전동킥보드 3차원 위상최적화 연구 방향에 기여할 것이다.

Finite element analysis is a discipline that deals with structural analysis of a continuum. An analysis solution with little error can be derived only when an appropriate finite element method is preceded. Last week, I learned about finite element analysis, but I couldn't find out in detail the reason for using unfamiliar terms and expressions and the weighted residual method. Therefore, I would like to introduce the whole direct formulation process and concept through this seminar.

유한요소해석은 연속체를 구조해석하기 위해 다루는 학문으로 적합한 유한요소법이 선행되어야 오차가 적은 해석해를 도출 할 수 있다. 지난주 유한요소해석에 관한 내용을 학습하였으나 생소한 용어와 표현들 그리고 가중 잔여법을 사용하는 정확한 이유에 대해서  알 수 없었다.  그렇기에 이번 세미나를 통해 전체적인 직접 정식화 과정과 개념에 대해 소개해보고자 한다.

1월 (4편)

• SCI : 인공근위대퇴골의 하중조건에 따른 ROI별 변형률에너지 분포 분석 (김지선)

• KCI : 국부화를 통한 골 재형성 전산 모사의 계산 효율성 개선 (김지선)

• KCI : 전동킥보드의 연결부 위상최적설계(2D) (김민규, 김지선)

• KCI : 600μm 인공 근위 대퇴골 영상을 통한 골용 스캐폴드 형상에 따른 삽입 주변부의 거동 변화 분석 (최준원)

2월 (2편)

• SCI : 인공근위대퇴골의 변형률에너지 분포 분석을 기반으로 한 관심영역의 골재형성 (김지선)

• KCI : 해상도 별 근위 대퇴골 영상을 통한 골용 스캐폴드 삽입 주변부의 거동 분석 (최준원)

3월 (1편)

• KCI : 인공근위대퇴골 3D모델의 하중조건에 따른 VOI별 변형률에너지 분포 분석 (김지선)

5월 (2편)

• KCI : 위상최적설계 기반 전동 킥보드 연결부 최적화(3D) (김민규)

• KCI : 유한요소해석을 이용한 연구 (임세윤)

6월 (2편)

• SCI : 근위대퇴골의 변형률에너지 분포를 이용한 환자 맞춤형 하중조건 결정법 (김지선)

• KCI : 유한요소해석을 이용한 연구 (백지아)

8월 (3편)

• SCI : 환자 맞춤형 골용 스캐폴드 연구 (최준원)

• KCI : 자동차 분야 (김민규)

• KCI : 유한요소해석을 이용한 연구 (배정빈)

9월 (1편)

• SCI : 딥러닝 기반 하중조건 탐색법 (김지선)

12월 (3편)

• SCI : 주제 미정 (김민규)

• KCI : 유한요소해석 + 딥러닝을 이용한 연구 (임세윤)

• 학생학술연구논문 : 유한요소해석 + α 를 이용한 연구 (배정빈)

The femur is the skeletal system with the longest and hardest bone tissue in the human body. However, the femur is a representative site of osteoporosis and osteonecrosis, and its importance continues to increase with the aging of society. A bone graft method is generally considered as a treatment method for osteoporosis and bone necrosis, and the bone graft method includes autograft, allograft, and bone scaffold. Autograft is the most common type of bone grafting surgery and involves transplanting from one bone tissue to another in the same patient. However, autograft has a limitation in that it can cause complications such as pain, infection, and bleeding. Allograft transplantation is an operation that transplants bone tissue from a cadaver or a donor, and has the advantage of not having a limit of cause of death, but there is a risk of insufficient bone formation or immune rejection. In order to secure this limitation, a scaffold for bone that can reduce damage to the bone structure has emerged as an alternative. However, these scaffolds for bones have unavoidable problems due to their weak mechanical properties and low porosity. Therefore, the purpose of this study is to analyze the structural behavior of a bone scaffold with the periphery of the insertion when it is inserted into the human skeletal system. For this purpose, in this study, scaffolds with circular, square, and triangular porous structures were defined. And, after measuring the stiffness of each scaffold shape through compression and shear experiments, it was inserted into the actual femoral head, and the change in stiffness around the insertion was measured.

대퇴골은 인체에서 가장 길고 단단한 골 조직을 갖는 골격계이다. 다만, 대퇴골은 골다공증 및 골 괴사의 대표적인 발생 부위로, 특히 사회의 고령화와 함께 그 중요성은 계속 높아지고 있다. 골다공증 및 골 괴사의 치료방법에는 일반적으로 골 이식 방법이 간주되며, 골 이식 방법에는 자가이식, 동족이식, 골용 스캐폴드가 있다. 자가이식은 골 이식 수술 중 가장 흔한 것으로 동일한 환자의 한 골조직에서 다른 부위로 이식하는 것이다. 다만, 자가이식은 통증, 감염, 출혈과 같은 합병증을 유발할 수 있는 한계점이 있다. 동족이식은 사체 또는 기증자의 골 조직을 이식하는 수술로 사인의 한계점이 없는 장점이 있지만 골 형성 능력이 부족하거나 면역거부 반응의 위험이 있다. 이러한 한계점을 보안하고자 골 구조에 대한 손상을 줄일 수 있는 골용 스캐폴드가 대안으로 등장하였다. 다만, 이러한 골용 스캐폴드는 약한 기계적 특성과 낮은 다공성으로 인해 피할 수 없는 문제가 존재한다. 그러므로 본 연구에서는 골용 스캐폴드가 인체 골격계에 삽입되었을 시 삽입 주변부와의 구조적 거동을 분석하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 본 연구에서는 원형, 사각형, 삼각형의 다공성 구조를 갖는 스캐폴드를 정의하였다. 그리고 스캐폴드 형상 별 강성을 압축실험을 통해 측정한 후 실제 대퇴골두 부위에 삽입하여 삽입 주변부위의 강성 변화를 측정하였다.

Many researchers have been done on the fact that the structure of the femur adapts to the structure according to external stimuli such as load for a long time. The structural adaptability of the bone remodeling model under given loads is identified by the uniformity of the SED distribution (Strain energy density distribution). However, although there have been cases of qualitative analysis of the SED distribution of the femur bone remodeling model so far, there has been no quantitative analysis, and the analysis of the local region of interest (ROI) is insufficient. Therefore, in this study, the SED distribution uniformity by ROI for various loads of the proximal femur finite element model according to various load conditions was quantitatively analyzed, and the evaluation index (Score) for the dependence between the trabecular bone structure and a specific load was presented and analyzed. The target model was an artificial proximal femur model that performed topological optimal design-based aggregate formation by applying three load conditions, and analysis was performed on ROIs of 12 parts for seven load conditions. For quantitative analysis, the score was calculated using the mean and standard deviation, which are statistics of the SED distribution of each ROI. The study results showed that the entire proximal femur model performed bone remodeling by adapting to three load conditions, but in a specific ROI, bone remodeling was performed only under the influence of a single load or two multiple loads. In addition, it was shown that the influence of the load, which could not be distinguished qualitatively, could be quantitatively distinguished. This study is expected to contribute to the improvement of computational efficiency in performing bone reconstruction of ROI.

오래전부터 대퇴골의 구조가 하중과 같은 외부 자극에 따라 구조를 적응한다는 사실에 대한 연구가 많이 이루어졌으며 최근 이러한 연구를 활용하여 인체의 골구조를 파악하는 다양한 골 재형성 연구가 활발히 이루어지고 있다. 주어진 하중에 대한 골 재형성 모델의 구조적 적응성은 SED 분포(Strain energy density distribution)의 균일성으로 파악이 가능하다. 그러나 지금까지 대퇴골의 골 재형성 모델의 SED 분포를 정성적으로 분석한 사례는 있으나 정량적으로 분석한 바는 없고 국부적인 관심영역(ROI, region of interest)에 대한 분석은 부족한 상황이다. 따라서 본 연구에서는 여러가지 하중 조건에 따른 근위 대퇴골 유한요소모델의 다양한 하중에 대한 ROI별 SED 분포 균일도를 정량적으로 분석하여 소주골 구조와 특정 하중 사이의 의존도에 대한 평가 지수(Score)를 제시하여 분석하였다. 대상모델은 3가지 하중 조건을 적용하여 위상최적설계 기반 골재형성을 수행한 인공 근위 대퇴골 모델이며, 7가지 하중조건에 대해12 부분의 ROI에 대해 분석을 수행했다. 정량적인 분석을 위해서 각 ROI의 SED 분포의 통계치인 평균과 표준편차를 이용하여 Score를 계산했다. 연구 결과는 전체 근위 대퇴골 모델은 세가지 하중 조건에 적응하여 골재형성을 수행했지만, 특정 ROI에서는 단일 하중 또는 2개의 다중하중의 영향으로만 골 재형성이 이루어진 것을 나타냈다. 또한 정성적으로는 구분할 수 없었던 하중의 영향도를 정량적으로는 구분할 수 있음을 나타냈다. 본 연구는 ROI의 골 재형성을 수행함에 있어 계산 효율성 향상에 기여할 것으로 기대된다.

CATIA is one of the software that can use various tools for 3D modeling. Through this CATIA class, several 3D shapes were reverse-engineered.However, models with complex shapes suffered from difficulties in the 3D modeling process due to insufficient knowledge of CATIA tools,such as difficulties in modeling, assembly, and DMU processes. Therefore, through this practice class, I plan to use an excavator that Ihave never completed designing last semester as a model, and then do 3D modeling myself to implement the movement of the shape.

CATIA는 3D modeling을 하기위해 다양한 툴을 사용 가능할 수 있는  소프트웨어 중 하나이다.이번  CATIA 수업을 통해 여러 3차원 형상을 역설계 하였다. 하지만  형상이 복잡한  모델은 모델링, 어셈블리, DMU 과정에서 어려움을 겪는 등 CATIA 툴에 대한 지식이 충분하지 않아 3D modeling과정에서  어려움을 겪었다.  그렇기에 이번 실습수업을 통해 지난학기 설계를 완성해 본적없는 굴삭기를 모델로 하여,  굴삭기의 움직임을 구현 할 계획이다.

Recently, due to COVID-19, telecommuting has increased and PC demand has increased accordingly. However, due to insufficient knowledge of computers, it is difficult to configure computers. To allow beginners to configure their own custom-built PC, we compared the background knowledge related to parts and manufacturers, and constructed the optimal estimate of CADLAB.

최근 코로나로 인해 재택 근무가 늘어나고 이에 따라 PC 소요가 상승했다. 하지만 컴퓨터에 대해 지식이 충분하지 않아 컴퓨터를 구성할 때 어려움을 겪는다. 입문자가 스스로 조립형 PC를 구성할 수 있도록 부품 관련 배경 지식과 제조사별 비교, 현재 CADLAB의 최적의 견적을 구성해보았다.

 In a previous study, a connection design plan with higher safety than that of the existing electric kickboard was derived. The design direction for improving the safety of the connection part of the electric kickboard was suggested, but it was impossible to prove it with a formula. To solve the problem, we are going to optimize the topology of the connection part of the electric kickboard using Matlab. Therefore, we would like to present a 99-line Matalab code for topology optimization of Sigmund, which is used by topological optimization design researchers to be used in the next study.

 이전 연구에서 기존 전동 킥보드의 연결부보다 더 높은 안전성을 가지는 연결부 설계안을 도출하였다. 전동 킥보드의 연결부 안전성 개선을 위한 설계방향을 제시하였지만, 수식으로 증명이 불가능하였다. 문제점을 해결하기 위해 Matlab을 이용한 전동킥보드 연결부의 위상최적화를 진행하려고 한다. 따라서 다음 연구에 활용될 위상최적설계 연구자들이 사용하고 있는 Sigmund의 위상최적화를 위한 99 line Matalab 코드를 제시하고자 한다.

The bone scaffold is an artificial structure that helps bone healing by being inserted into the bone necrosis site to activate the surrounding bone cells. However, the shape of the scaffold, generally a simple repeated structure, may have a problem that the structural behavior is different from that of the insertion periphery. Thus, this study analyzes the structural behavior of the bone scaffold with the insertion periphery when it is inserted into the structural behavior of the proximal femur. For this purpose, this study selected four shapes for the scaffold(i.e. triangular, rectangle, circular, and oblique) and three inserted periphery(i.e. femoral head, femoral neck, and intertrochanter). Then, finite element analysis is performed under the three daily life scenarios. The numerical results show that the structural behavior of the proximal femur varies according to not only the inserted periphery but also the scaffold shape

골용 스캐폴드는 뼈 괴사 부위에 삽입되어 골 치유를 돕는 인공 구조물이다. 그러나 단순 반복 구조인 인공 지지체의 형태는 삽입 주변부의 구조적 거동과 구조적 거동이 다르다는 문제가 있을 수 있다. 따라서 본 연구에서는 근위 대퇴골의 구조적 거동에 삽입될 때 삽입 주변부가 있는 뼈 지지체의 구조적 거동을 분석한다. 지지체의 4가지 형태(삼각형, 직사각형, 원형, 사선형)와 3개의 삽입 주변부(예: 대퇴골두, 대퇴경부, 전자간)를 선정하였다. 그런 다음 세 가지 일상 생활 시나리오에서 유한 요소 해석을 수행합니다. 수치 결과는 근위 대퇴골의 구조적 거동이 삽입된 주변부 뿐만 아니라 지지체의 형태에 따라 변한다는 것을 보여줄 계획이다.

Bone remodeling simulations based on topology optimization have received much attention in recent years. However, bone remodeling method can be time-consuming due to multiple finite element analysis. Therefore, we propose the localization method for the region of interest (ROI) to improve the computational efficiency of the topological optimization-based bone remodeling. First, only the region of interest, not the global skeletal model, was localized and computational simulation was performed. The local loading conditions for the local model of the ROI were derived through static condensation. Next, trabecular bone remodeling in the ROI was implemented through topological optimization. The proposed local model showed efficiency improvement in computation time and similar shape in trabecular bone compared to the global model. This means that the proposed method can computationally simulate bone remodeling for the region of interest with high computational efficiency and accuracy.

위상최적설계 기반 골 재형성 전산 모사 기법은 최근에 제안되어 많은 관심을 받고 있다. 다만, 여러 번의 유한요소해석을 필요로 하는 위상 최적설계의 특징을 가지고 있어 계산 효율성 측면 에서의 개선이 필요한 상황이다. 본 연구에서는 위상최적설계 기반 골 재형성 전산 모사의 계산 효율성을 향상시킬 수 있는 관심영역 대상의 국부화 방법을 제안한다. 제안된 방법은 먼저 전체 골격계 모델이 아닌 관심 영역만을 국부화 하고 전산 모사를 수행하였다. 관심 영역의 국부 모델에 대한 국부 하중 조건은 정적 응축을 통해 도출하였다. 그리고 관심 영역의 소주골 재배치는 위상최적설계를 통해 구현하였다. 국부 모델은 전체 모델과 거의 유사한 소주골을 보였으며 상당히 높은 계산 효율성을 보였다.

In the field of medical imaging, the accuracy of clinical results depends on the resolution of the analyzed image. Among them, a high-resolution skeletal CT image has a relatively low level of accuracy in bone strength evaluation compared to a low-resolution one. To supplement this, recently, an artificial neural network-based super-resolution image processing method(super resolution) has been proposed. However, the resolution improvement method is difficult to use in the clinical field due to the lack of clinical images required for neural network learning. To find a way to solve this problem, we propose the sinGAN model. For my basic research, I will analyze the difference between the existing GAN and sinGAN. In this seminar, we plan to analyze the thesis of the sinGAN model for the purpose of super-resolution and introduce the differences from the existing GAN.

의료 영상 분야에서 임상 결과의 정확도는 분석 영상의 해상도에 의존을 한다. 그 중 고해상도 골격계 CT 영상은 저해상도와 비교하여 상대적으로 낮은 수치의 골강도 평가의 정확도를 가진다. 이 를 보완하기 위해, 최근 인공 신경망 기반의 초해상도 영상 처리법(Super resolution)이 제시되고 있다.  하지만 신경망 학습에 필요한 임상 영상 부족으로 해상도 향상법은 임상 분야에서 활용이 어려운 실정이다. 이러한 문제점을 해결할 방법을 찾기 위해,  sinGAN 모델을 제안하는 바이다. 필자의 기초연구를 위해 기존 GAN과 sinGAN의 차이점을 분석할 예정이다. 본 세미나에서는 초해상도 목적의 sinGAN 모델의 논문을 분석하고 기존 GAN과의 차이점을 소개할 계획이다.

 The number of users of electric kickboards, which have become popular as shared electric kickboards, is increasing every year. However, the number of related accidents is also on the rise. The quality problem of the cause of the accident is still unclear, and the safety improvement of the existing model seems to be necessary. The purpose of this study is to identify the weak parts of the electric kickboard through finite element analysis and to suggest an improved design. Through the first drop test and the second crash test, Model D with excellent safety was derived as a final design. This study will contribute to the design direction for improving the safety of electric kickboards in the future.

 공유형 전동킥보드로 대중화가 된 전동킥보드의 이용자 수는 매년 증가하고 있다. 하지만 그에 따라 관련사고 건수도 같이 증가하는 추세이다. 사고 원인의 품질 문제는 아직까지 불명확하며 기존 모델의 안전성 개선이 필요해 보인다. 본 연구의 목적은 유한요소해석을 통해 전동킥보드의 취약 부분을 파악하고 개선된 설계안을 제시하는 것이다. 1차 낙하실험과 2차 충돌실험을 통해 최종 설계안으로 안전성이 우수한 Model D를 도출했다. 본 연구는 앞으로 전동킥보드 안전성 개선 설계 방향에 기여할 것이다.

A bone scaffold is an artificial structure that is inserted into the site of osteoporosis or bone necrosis to activate surrounding bone cells to enable cell culture, proliferation, and bonding. In this seminar, as an initial study on 'Analysis of changes in the behavior of the implant periphery according to the shape of the scaffold for bone through the 600 μm artificial proximal femur image', which will be conducted in the future, the method and basis for defining the shape of the scaffold will be presented, and the low-resolution artificial proximal femur will be presented. The structural behavior of the proximal femur is described by inserting it into

골용 스캐폴드는 인공 구조물로서 골다공증이나 골 괴사 부위에 삽입되어 주변 골세포들을 활성화시켜 세포 배양, 증식, 결합을 가능케 하는 조직의 구조적 지지체이다. 본 세미나에서는 앞으로 진행 될 '600 μm 인공 근위 대퇴골 영상을 통한 골용 스캐폴드 형상에 따른 삽입 주변부의 거동 변화 분석'에 대한 초기 연구로 스캐폴드의 형상을 정의하는 방법과 근거를 제시하고 저해상도 인공 근위 대퇴골에 삽입하여 근위 대퇴골의 구조적 거동에 대해 기술한다.