An Efficient Dynamic Optimization Method for Large Structures with Frequency Constraints

진동수 구속조건을 갖는 대형구조계의 효율적 동특성 최적화방법

An efficient optimization procedure combining the frequency approximation technique and the component-mode synthesis method is proposed for the structural dynamic optimization of the large structures subject to prescribed natural frequency constraints. Frequency constraints are approximated by using the first-order sensitivities with respect to both design parameters and their reciprocals. The component-mode synthesis method proposed by the authors in Ref.[8] is used for the repetitive detail finite-element analysis and sensitivity analysis. The validity of the proposed optimization procedure is confirmed through the numerical implementation of some examples. The presented approximation technique requires much smaller number of repetitive analysis than that using the sensitivities with respect to design parameters only, and further improvement in the numerical efficiency is achieved by the adoption of the introduced component-mode synthesis.

대형구조계에 대하여 구조중량의 최소화를 기하면서 고유진동수 제한조건을 만족시키는 동특성 최적화에 효율적인 한 방법을 제안한다. 일련의 근사최적화문제를 형성하는데 있어서는 고유진동수의 설계파라메터에 대한 감도와 설계파라메터의 역에 대한 감도를 병용하는 근사방법을 사용하며, 설계변수의 변화에 따른 고유진동해석 및 감도계산은 저자가 조선학회논문집 제30권 제3호에 발표한 바 있는 부분구조진동형 합성방법에 의거한다. 설계파라메터에 대한 감도와 설계파라메터의 역에 대한 감도를 병용하는 근사방법은 전자만을 사용하는 근사방법에 비해 적은 회수의 재해석으로 고유진동수 제한조건을 만족하는 설계값을 얻을 수 있다. 또한 설계변경에 따른 재해석시 앞서 발표했던 부분구조진동형 합성방법의 장점을 활용하므로써 효율적인 재해석이 가능하다. 제안된 방법의 유용성은 외팔보유추 구조계 및 선체단순화 2-D FEM모델의 상부구조를 대상으로 한 수치예제를 통하여 검증되었다.