경계적분방정식을 이용한 축대칭 열전도 고체의 형상설계민감도 해석

Shape Design Sensitivity Analysis of Axisymmetric Thermal Conducting Solids Using Boundary Integral Equations

본 연구에서는 축대칭 열전도 고체의 형상설계민감도 해석을 위하여 2차원 문 제를 다룬 Lee, Choi와 Kwak의 방법을 축대칭 문제로 확장하였다.축대칭 형태로 표 시된 직접 및 간접 경계적분방정식의 정식화에 기초하여 전미분방접과 보조변수방법으 로 형상최적화 문제에서 발생하는 일반적인 성능 범함수의 형상설계민감도 공식을 유 도하고, 온도 및 열속의 제한조건에 이를 응용하였다. 제시된 민감도해석방법의 정 확성을 검증하기 위하여 해석적인 해를 갖는 원통문제와 구문제를 다루었는데, 두 문 제에 대하여 민감도 공식을 이용하여 수치계산된 결과를 해석적인 민감도와 비교하였 다. 또한 복잡한 수치해로서 냉각핀(cooling fin)문제를 다루었으며, 민감도 공식에 의한 계산 결과를 유한차분(finite difference)으로 수치미분한 결과와 비교하였다.

A generalized method is presented for shape design sensitivity analysis of axisymmetric thermal conducting solids. The shape sensitivity formula of a general performance functional arising in shape optimal design problem is derived using the material derivative concept and the adjoint variable method. The method for deriving the formula is based on standard axisymmetric boundary integral equation formulation. It is then applied to obtain the sensitivity formulas for temperature and heat flux constraints imposed over a small segment of the boundary. To show the accuracy of the sensitivity analysis, numerical implementations are done for three examples. Sensitivities calculated by the presented method are compared with analytic sensitivities for two examples with analytic solutions, and compared with sensitivies by finite difference for a cooling fin example.