하나의 제품을 설계함에 있어 어떠한 재질을 사용할 것인가를 결정하는 것은 대단히 중요한 사안이다. 예를 들어, 동력을 전달하는 요소 중의 하나인 기어(gear)를 금속으로 만들 것인가 아니면 플라스틱으로 만들 것인가는 구조적인 강도를 위시한 여러 가지 측면에서의 고려가 필요하다.
제반 제약조건을 만족시키면서 원하는 성능을 제공할 수 있는 재질을 찾을 수만 있다면 문제는 간단해 질 것이다. 하지만 대부분의 제품 설계에 있어 이처럼 간단한 그다지 흔하지 않기 때문에, 최적설계 기법의 적용은 불가피하다. 특히 제품단가나 제품의 무게와 같은 제약조건이 따를 경우, 기존의 재질로는 목표를 달성할 수 없는 일이 종종 발생한다.
재료 최적설계란 주어진 제약조건을 만족시키면서 원하는 기능을 제공할 수 있는 재질을 기법으로, 현존하는 재질 중에서 최적인 재료를 선택하는 것뿐만 아니라, 전해 새로운 기능성 복합재를 설계하는 것 까지를 포함한다.
형상 최적설계(shape optimization)나 위상 최적설계(topology optimization)와 달리 재료 최적설계에서는 최적의 재료 물성치(material properties)를 찾는 것으로서, 제작이 불가능한 최적안이 나올 수도 있다. 하지만 최근 재료 및 가공 기술의 발전으로 새로운 개념의 신 소재가 날로 소개되고 있어, 재료 최적설계의 한계는 점차 극복되고 있는 실정이다.
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