Shape Optimal Design of Elastic Concrete Dam

탄성콘크리트 댐의 모양최적설계

In this research mass of a plane strain two dimensional elastic concrete dam under gravitational and hydrostatic loads is minimized, through shape optimization of the dam cross section. Cross sectional area of the dam is taken as cost function of the optimization problem while constraints on the principal stress distribution and dam thickness are imposed. Shape of the boundary of the model is chosen as design variable. Variational formulation of the optimization problem, the material derivative idea of continuum mechanics, and an adjoint variable method are employed for the shape design sensitivity calculation. Then the gradient projection algorithm is utilized to obtain an optimum design iteratively. Research results fully demonstrate that the theory and procedure adopted are quite efficient and can be applicable to a wide class of practical elastic structural design problems.

본 연구에서는 평면 변형도상태 하에서 정수압을 받는 2차원 탄성 콘크리트 댐의 단면 모양을 최적화함으로써 댐의 질량을 최소화하였다. 최적화 문제의 목적함수로는 댐의 단면적이, 제약조건으로는 주응력 제약조건과 두께 제약조건들이, 설계변수로는 모델 경계의 모양이 채택되었다. 모델 영역의 변화에 따른 설계감도해석을 위해 최적화 문제를 범함수 형태로 변환한 후 연속체 역학의 물질미분 개념과 Adjoint Variable Technique 을 활용하였고, 최적화를 위해서는 Gradient Projection Method 를 사용하였다. 연구 결과 본 연구에 적용된 이론이 효율적이고 실제 탄성구조물 설계에 광범위하게 응용될 수 있음이 밝혀졌다.