Shape Optimization of Arches

아치구조의 형상 최적화

This paper considers the problem of optimum shaping of steel arches subjected to general loading. The weight of arches is considered as the objective function and the appropriate combinations of section forces, material volume, arc length, and closed section area of arches are considered as the stress constraints. The shape optimization problems are formulated in terms of the design variables of sectional areas of each element. First the cost sensitivity of the design is investigated. Then the investigation comprises the search for the optimum arch form as well as the optimum area distribution along the arch. Two spaces of shape optimization algorithm will be treated, the first space corresponding to the section optimization by the Modified Newton Raphson Method, and the second space to the coordinate optimization by the Powell Method. The optimization algorithm is evaluated and the optimum span-rise ratios for the given arches are evaluated.

본 연구는 실제 하중을 받는 강재 아치구조의 최적형상을 다루었다. 목적함수로는 아치의 중량을 취했으며, 제약조건으로는 단면력, 체적, 아치리브의 길이, 아치부채 단연적의 조합으로 구성된 웅력제약초건을 고려하였다. 형상최적화문제는 아치부재의 단면척이 설계변수의 항으로 형성되었으며, 첫단계로 구조해석의 정밀도가 최적 설계의 목적함수값에 미치는 영향을 분석하였다. 형상최적화 알고리즘은 Two-space System 으로 형성되었고, Space 1 에서는 Modified Newton-Raphson Method에 의한 단면최적화, Space 2 에서는 Powell Method 에 의한 형상최적화를 시도하여 형상최적화 알고리즘을 도출하였다. 본 연구에서 도출된 최적화 알고리즘을 이용하여 아치의 단면최적화와 최적 아치형상에 관한 연구가 수행되었다. 이 알고리즘에 의해 실제 조건하에서 아치의 최적 Span-Rise 비를 구할 수 있다.