비대칭 층을 가지는 인공재료모델을 이용한 일반 평판구조물의 위상최적화

Topology Optimization of General Plate Structures by Using Unsymmetric Layered Artificial Material Model

본 연구에서는 판 구조물의 최적위상을 찾기 위한 비대칭 층을 가지는 인공재료모델을 이용한 위상최적화기법을 제시하였다. 구절점 판요소를 형성하기 위하여 판의 일차전단변형을 고려하는 Reissner-Mindlin 판이론이 도입되었다. 최소화하고자 하는 변형에너지를 목적함수로 하고 구조물의 초기부피를 제약함수로 채택하였다 인공재료모델에 존재하는 다공성물질의 구멍의 크기를 조절하기 위하여 최적정기준법을 바탕으로 하는 크기조절알고리듬을 도입하였다. 제시된 위상최적화 기법의 성능을 조사하기 위하여 수치예제를 수행하였다. 수치해석결과로부터 제시된 위상최적화기법은 판구조물의 최적위상을 도출하는데 매우 효과적인 것으로 나타났다. 특히 제시된 비대칭 층모델은 판구조물의 보강재를 보다 실제적으로 도출하는데 유용할 것으로 나타났다.

The unsymmetrically layered artificial material model is consistently introduced to find the optimum topologies of the plate structures. Reissner-Mindlin (RM) plate theory is adopted to formulate the present 9-node plate element considering the first-order shear deformation of the plates. In the topology optimization process, the strain energy to be minimized is employed as the objective function and the initial volume of structures is adopted as the constraint function. In addition, the resizing algorithm based on the optimality criteria is used to update the hole size introduced in the proposed artificial material model. Several numerical examples are rallied out to investigate the performance of the proposed technique. From numerical results, the proposed topology optimization techniques are found to be very effective to produce the optimum topology of plate structures. In particular, the proposed unsymmetric stiffening layer model make it possible to produce more realistic stiffener design of the plate structures.