Optimum Structural Design of Stiffened Cylinders Based on Reliability Analysis

신뢰성 해석에 기초한 보강된 실린더 부재의 최적구조설계

This study is concerned with the optimum design of stiffened cylindrical members frequently found in floating offshore platforms with constraints on reliability. Minimised is the expected total cost which is composed of the structural cost and the expected failure cost. Some design requirements drawn from variotus design codes are also considered as constraints. Reliability of critical component in a structure only is considered in this paper and the system failure is discarded since the probability of system failure is in general much smaller than the probability of component failure and it is very difficult to evaluate the cost due to system failure. Ultimate strength only is considered and not the fatigue strength. Several parametric studies are illustrated and the optimum solutions for different strength models which are now in use for the design of stiffened cylinders are derived to show the optimum designs against different strength models for the same type of structural component. The present results lead to the important conclusions relating to the posibility of more cost saving in the design of such structure through the reliability-based optimisation process.

본 논문에서는 신뢰도(reliability)에 제한조건을 두어, 부유식 해양구조물의 주요 부재인 보강된 실린서의 최적설계를 다루었다. 기대되는 총비용을 목적함수로 하여 최소화하였다. 그 총비용은 구조적 비용과 파괴로 인해 예상되는 비용(expected failure cost)으로 구성된다. 여러 설계규정에서 요구하는 설계 요구사항을 역시 제한조건으로서 고려하였다. 본 논문에서는 안전성 측면에서 중요한 구조부재만의 신뢰도를 고려하였고, 시스템의 파괴확율은 일반적으로 부재의 파괴확율보다 상당히 작고 또한 시스템 파괴에 의한 비용을 추정하는 것은 매우 어려우므로 시스템의 파괴는 고려하지 않았다. 또한 파괴모드로써 최종파괴만을 다루었고 피로파괴는 고려하지 않았다. 몇가지 최적설계의 예를 본 논문의 결과로서 보여 주었으며 또한 동일한 구조부재의 설계공식에 따른 최적설계를 비교하기 위해 보강된 실린더의 설계시 현재 사용하는 다른 형태의 설계공식을 갖고 최적설계 결과를 유도하였다. 본 논문에서는 그 결과들로부터 신뢰성해석에 기초한 최적화 과정을 통해 다른 구조물의 설계시 보다 많은 비용의 절감을 꾀할 수 있는 가능성으로부터 그 중요성이 강조되었다.