롤러형 압전 에너지 하베스팅 시스템 설계 최적화

Abstract

본 연구에서는 컨베이어 롤러에 적용하기 위해 롤러형 압전 에너지 하베스팅 시스템을 최적화하여 전압을 최대화하고 충돌하중에 의한 응력을 최소화하였다. 이를 위해 시험 전압 데이터를 기반으로 압전 전압 방정식과 유한요소모델을 보정하였다. 성능지수를 얻기 위해 중심합성계획을 사용하였으며, 이를 바탕으로 반응표면법을 사용하여 대리모델을 생성하였다. 반력 대리모델은 오일러-베르누이 보 이론식과 압전 전압 방정식으로 대체된다. 다중목적 최적화는 비지배 분류 유전자 알고리즘을 사용하여 수행하였다. 그 결과 중량 제한함수를 만족하였고, 전압 목적함수는 7.413% 증가하였으며, 시험적으로는 13.06% 증가하였다. 응력 목적함수는 17.31% 증가하였지만, 이 설계는 파괴응력(251.9 MPa)보다 적은 164.2 MPa이 발생하였기 때문에 최적의 설계로 판단하였다.