최적화 모듈은 SCP의 선택적 기능입니다.


최적화 기능은 설계에 있어 최고의 유연성을 제공합니다. 모든 입력 매개변수나 계산된 출력값에 최소값 또는 최대값(또는 둘 다)을 적용한 다음, 컴퓨터에 해당 값의 최소값 또는 최대값을 충족하도록 설계하도록 요청할 수 있습니다. 따라서 가장 가벼운(따라서 가장 저렴한!) 스프링을 설계하거나, 가장 짧은 실장 길이, 최대 강성, 또는 그 밖의 다양한 가능성을 탐색할 수 있습니다.


최적화 창은 세 부분으로 나뉩니다:


  • '설계 옵션' 섹션은 재료, 단면 형상, 피로 사이클 요구 사항(해당하는 경우)과 같은 기본적인 배경 정보를 다룹니다.
  • '설계 요구 사항' 섹션에서는 표시된 모든 매개변수의 최소값과 최대값을 설정할 수 있습니다.
  • '계산된 데이터' 섹션에서는 최적화 결과를 확인할 수 있습니다.



설계 옵션


이 요구 사항 대부분은 설명이 필요 없을 정도로 명확합니다. 적절한 재료 등급을 선택해야 합니다. 기본값은 목록의 첫 번째 항목으로 설정되어 있으며, 이는 적합하지 않을 수 있습니다(예를 들어, 피로 요구 사항을 확인하려는 경우). 그러나 '응력(Stressing)' 드롭다운 메뉴를 이해하는 것이 중요합니다. 이는 소프트웨어가 작동할 한계를 정의합니다. 네 가지 옵션이 있습니다:


  • 예압 없음 - 이 경우 솔리드 응력은 예압 없음 한계치 이하로 유지되어야 합니다(스프링은 항상 탄성 상태를 유지합니다).
  • 예압 적용(Prestressed to solid) - 이 경우 고체 응력은 예압 한계치 이하로 유지되어야 합니다.
  • 미예압, 고체에서 과압 - 이 경우 L2 응력은 미예압 한계치 이하로 유지되어야 합니다(스프링은 탄성 상태를 유지하지만, L2 이상으로 압축해서는 안 됨). L2 미만의 응력 수치는 상관없습니다.
  • L2까지 예압, 고체 상태에서 과압 - 이 경우 L2 응력은 예압 한계치 이하로 유지되어야 합니다(다시 말해, L2 이상으로 압축해서는 안 됩니다). L2 미만의 응력 수치는 상관없습니다.


설계 요구 사항


여기에서는 표시된 모든 매개변수에 대한 최소값 또는 최대값을 입력할 수 있습니다. 최소값과 최대값에 동일한 값을 입력하면, 정확히 그 값을 목표로 하는 구체적인 요구 조건이 설정됩니다. 이는 예를 들어 유효 길이의 경우에서 흔히 볼 수 있습니다.


또한 관심 있는 출력값과 그 값의 최소값 또는 최대값을 원하는지 여부를 정의하는 목표를 설정할 수 있습니다.


계산이 수행된 후, 정확히 충족된 최소/최대 값은 파란색으로 표시되고, 위반된 값은 빨간색으로 표시됩니다.


계산된 데이터


최적화 계산이 완료되면 두 개의 표에 스프링 매개변수가 표시됩니다. 상단 표에는 기본 스프링 설계가, 하단 표에는 다양한 기타 데이터가 표시됩니다.


최적화 예시


고객으로부터 다음과 같은 간단한 요구 사항을 받았습니다:


길이 50 mm에서 하중 50 N.

길이 30 mm에서 하중 200 N.


EN 10270-1 와이어(인발 탄소강 또는 뮤직 와이어)로 제작해야 한다는 것 외에는 다른 정보가 없습니다.


우선, 재질 등급을 DM으로 변경합니다. 저희는 DM, SH, DH만 사용하기 때문입니다(이 등급들에 익숙하시다면 중요하지 않지만, 단순히 등급을 변경하는 예시일 뿐입니다). 설계 옵션의 나머지 항목은 모두 그대로 둡니다. 그런 다음 하중 및 길이 요구 사항을 입력합니다. 특정 값을 사용하도록 최소값과 최대값을 모두 동일하게 설정합니다:



컴퓨터가 계산하는 동안 몇 초간 진행률 표시줄이 나타나고, 그 후 계산된 스프링이 표시됩니다. 무게가 0.0180 kg이며, 작동 하중과 길이가 파란색으로 표시되어 정확히 충족되었음을 알 수 있습니다:



이 정도면 괜찮지만, 설계 옵션을 일부 변경하면 더 나은 결과를 얻을 수 있습니다:


  • 강도가 더 높은 DH 등급으로 변경하면, 인장 강도가 증가하여 더 높은 설계 응력 하에서 작동하게 되므로 무게가 0.0131 kg으로 줄어듭니다.
  • 이어서 응력 옵션을 "고체까지 예압"으로 변경하면 무게가 다시 0.00753 kg으로 줄어듭니다. 이는 첫 번째 스프링 무게의 절반 이하입니다!


갑자기 고객이 1,000만 사이클의 피로 수명 요구 사항을 제시합니다. 이를 설계 옵션 드롭다운에 입력하면 스프링 무게가 0.0256 kg으로 늘어납니다. 하지만 스프링에 쇼트 피닝 처리를 적용하면 무게가 다시 0.0114 kg으로 줄어듭니다.


불가능한 제약 조건


지금까지는 꽤 수월했습니다. 하지만 결코 충족될 수 없는 몇 가지 요구 사항을 입력해 보고 어떤 일이 일어나는지 확인해 봅시다. 아래 스크린샷에서는 최소 내경 20mm와 최소 실심 길이 10mm를 입력했습니다. 컴퓨터가 이를 분석해 보지만, 가능한 해가 없다는 것을 명확히 보여줍니다. 아무런 결과도 제공하지 않는 대신, 기하학적 제약 조건 위반이 가장 적은 스프링이 표시됩니다. 이 경우 하중은 요구 사항과 크게 다르지 않지만, 실심 길이는 요구 사항보다 큽니다.



스프링을 검증(Validation) 창으로 전송하기


'전송(Transfer)' 버튼을 클릭하면 일반적인 출력 창을 포함하여 현재 최적화된 스프링을 제대로 분석할 수 있습니다.


최적화 입력값 저장


스프링이 전송된 후에는 일반적인 방법으로 저장할 수 있습니다. 사용된 모든 최적화 입력값은 설계와 함께 저장되므로, 이를 다시 불러와 최적화 창으로 돌아가 계산 과정을 확인할 수 있습니다.