Nonlinea Perturbation Method for Dynamic Structural Redesign

동적(動的) 구조(構造) 재설계(再說計)를 위한 비선형(非線形) 섭동법(攝動法)

Many mechanical systems including ships and/or offshore structures have poor dynamic response characteristics such as undesirable natural frequencies and undesirable mode shapes. It is mandatory to redesign the structure. In this paper a procedure for the dynamic redesign of an undamped structural system is presented. The method which uses a penalty function with a penalty term containing error in equilibrium for a given vibration mode may have a shortcoming. This method includes unconstrained eigenvector degrees of freedom as unknowns. In the work developed here, only constrained mode shape changes are used in the solution procedure, resulting in a reduction of the unnecessary calculations. Among the set of equations which characterizes the redesign of the structural systems, the under constrained problem is discussed here and formulated as an optimization problem, with an optimal criterion such as minimum change or minimum structural weight of the system. Four simple numerical applications illustrate the efficiency of the method. The method can be applied to the vibration problems of ships and/or offshore structures with an implementation of the commercial FE codes.

선체구조물이나 해양구조물의 동적응답중 원치 않는 고유진동수와 고유진동형태를 가지게 되는 경우가 있으며, 이러한 구조물은 동적 구조 재설계가 필수적이다. 본 소고에서는 비감쇄 구조물의 고유진동수와 진동형태를 기진력에 의한 특정한 진동수와 공진하지 않도록 또는 구조물의 중요한 부분이 특정 진동형태의 최대치에 오지 않도록 구조물의 질량과 강성을 최적하게 변화시키는 방법에 대해 논의하고 있다, 이 방법은 기존의 방법에서 사용되는 모든 고유진동형태의 수식포함과 달리 구속된 고유진동형태만을 미지수로 수식중에 사용하여 불필요한 계산과정을 줄이고 있다. 동적 구조 재설계중 최적화 문제에 중점을 두었으며 목적함수로는 구조물의 최소의 변화와 또는 최소의 중량을 취하였고, 예제를 통하여 본 방법의 응용과 효율성이 입증되었다. 예제에서는 간단한 구조물을 다루었으나 본 방법은 상용 유한요소코드의 연계이용으로 각종 선체구조물과 해양구조물의 진동문제해결에 응용될 수 있음은 자명한 일이다.