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[학술저널]

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정현준(서울과학기술대학교) 장택진(서울과학기술대학교) 김종봉(서울과학기술대학교)

DOI : 10.3795/KSME-A.2020.44.9.673

UCI(KEPA) : I410-ECN-0101-2020-550-001125876

초록

수직 농장은 토지 면적 대비 식량 생산량을 늘려 미래의 식량난을 해결할 방법으로 주목 받고 있다. 수직 농장은 기본적으로 수경 재배가 가능한 재배 용기들을 여러 층으로 쌓아 올려 공간 효율을 높인다. 따라서 구조적 안정성을 위해 기본 구성 요소인 재배 용기에 대한 설계가 필요하다. 본 연구에서는 프레임의 무게 대비 강성인 비강성 향상을 목적으로 최적 설계를 수행하였다. 먼저 위상 최적화 방법을 이용하여 용기의 이상적인 단면 형상을 도출하였다. 다음으로 주효과 분석과 표면 반응법을 통해 용기의 경량화와 강성을 확보하였다. 최적화된 재배 용기는 최적화 전 용기 대비 질량은 16% 줄고, 비강성은 12배 증가하도록 형상을 설계하였다.

Vertical farms are gaining interest as a solution to food shortages in the future by increasing food production relative to land area. In vertical farms, hydroponic cultivation frames are stacked for space efficiency. Thus, a cultivation vessel with structural reliability needs to be developed. In this study, the cultivation vessel was designed using optimization processes to improve the specific stiffness. Topology optimization is performed for the sectional area of the cultivation vessel and to obtain an approximate sectional shape. The cultivation vessel was designed with a constant cross section to allow manufacturing by extrusion. Then, the design of experiment (DOE) and response surface method (RSM) were performed to determine the detailed dimension of the vessel. Finally, the prototypes for the original and optimal designs were made using a three-dimensional printer, and the specific stiffness values for both models were measured. The mass was reduced by 16, and the specific stiffness was increased by 119 in the optimized design.

목차

초록
Abstract
1. 서론
2. 단면 위상 최적화
3. 형상 최적화
4. 결론
참고문헌(References)

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