• 한국공간구조학회논문집
• /
• 제10권4호
• /
• pp.59-66
• /
• 2010

본 연구는 스페이스 트러스 구조물의 초기 형상을 결정하기 위해 밀도법을 이용한 위상최적화 기술을 고려하고자 한다. 대부분의 초기 형상설계는 다양한 최적화 방법을 활용하지 않고 설계자의 경험이나 시행착오적인 방법을 바탕으로 수행되고 있다. 이런 이유로 합리적이고 경제적인 최적화기술이 초기 형상설계에 도입되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 스페이스 트러스 구조물을 대상으로 설계영역을 설정하고 위상최적화를 수행하여 최적의 재료분포를 찾은 뒤 크기최적화를 이용하여 최적부재 크기를 찾고자 한다. 이와 같이 밀도법을 이용한 위상 및 크기최적화를 병행하여 수행할 경우 합리적인 스페이스 트러스 구조물의 초기 형상을 도출할 수 있다.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제22권5호
• /
• pp.501-507
• /
• 2009

FRP(섬유강화 복합재료)를 교량의 바닥판으로 설계하기 위하여 위상최적화와 형상최적화 기법을 사용하여 이론적 최적단면을 제안하였다. 먼저 위상최적화를 통하여 바닥판의 최적 단면모양을 찾아 내었다. 그 결과, 단순보에서 중앙 집중하중의 경우 가장 이상적인 구조는 트러스 형태의 골조구조임을 알 수 있었다. 또한 수평부재와 경사부재가 만나는 절점에서 보강재를 볼 수 있었고, 이는 기존 상업용 FRP바닥판에 적용되지 않았기 때문에 새로운 설계변수로 사용하였다. 두 번째로 유전자 알고리즘을 이용한 형상최적화를 통하여 위상최적화 결과의 최적 규격을 찾고자 하였다. 기존 상용제품들과 비교를 위하여 바닥판의 높이를 제한하여 최적화를 수행하였다. 본 논문에서 제안한 바닥판의 성능을 검토하기 위해 유한요소해석을 수행하였다. 사용성 및 안전성을 검토한 결과, 기존 연구에서 제안한 설계 기준안을 만족하는 것을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제26권5호
• /
• pp.351-358
• /
• 2013

본 논문에서는 Pothead를 지지하는데 사용하는 지그의 고유진동수를 일정 범위로 제한하여 Pothead와 공진을 일으키지 않도록 하는 지그의 최적 설계안을 제시한다. 쿤 터커(Kuhn-Thucker) 조건을 적용한 최적기준법(Optimality criteria method)을 사용하여 위상 최적화를 수행하였고, 이 과정에서 유한요소 크기기 최적 형상에 미치는 영향을 검토하였다. 또한 위상 최적화 결과를 바탕으로 실험 계획법(Design of experiments)과 반응 표면법(Response surface method)을 사용하여 형상 및 치수 최적화를 수행하여 비교용 지그에 비해 전체 질량이 30% 감소되는 결과를 얻었다. 마지막으로 최적화된 지그의 내진 해석을 수행한 Pothead의 응답은 Metal Handbook에서 제시된 내진 응답을 만족하고 있다.

• 대한기계학회논문집A
• /
• 제38권3호
• /
• pp.309-314
• /
• 2014

기계나 토목 구조물의 형상은 일반적으로 전통적인 방법들을 이용하여 얻었다. 예를 들면 전력송전탑이나 해상풍력 하부구조물 이외의 다른 구조물들도 조직적으로 만든다. 한편 컴퓨터 그래픽의 급속한 성장으로 인해, 진화된 구조해석 및 최적설계기법들을 이용하고 있다. 본 논문에서는 해상 풍력 터빈을 위한 자켓 구조물의 구조형상을 위상최적화 기법을 통하여 연구하였다. 이번 연구는 실제작동하중상태로 시뮬레이션을 위하여 다 하중으로 종속시켰으며, 최적화 목적 함수는 주어진 경계조건아래 컴플라이언스로 정의하였다. 최적화는 고유진동수와 체적을 구속함수로 사용하였으며, 1 단계 모델의 결과는 2 단계 구조를 위한 외형을 빠르게 볼 수 있도록 한다. 그 결과로 사각뿔대의 3D 모델은 위상최적화를 통하여 개발하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제25권6호
• /
• pp.559-567
• /
• 2012

초탄성을 고려한 비선형 구조의 레벨셋 기반 위상 및 형상 최적설계 방법을 개발하였다. 전체 영역에서 재료의 극단적인 불균형 분포로 기인하는 부정확한 접강성행렬(tangent stiffness matrix)로 인해, 비선형 문제의 위상 최적설계는 심각한 수렴성의 어려움을 겪는다. 이를 해결하기 위해, 임의의 형상을 표현할 수 있는 레벨셋 방법의 장점을 이용하여 정확한 접강성 행렬을 구하기 위해 명시적인 경계(explicit boundary)를 이용하였다. 레벨셋 함수로 표현되는 임의의 영역을 암시적 고정 격자(implicit fixed grid)를 이용하여 계산하는 것 대신에 명시적으로 그 영역을 이산화하기 위해 딜라우네이 삼각화 기법(Delaunay triangulation scheme)을 이용하였다. 레벨셋 방정식을 풀기 위해 최적화 조건으로부터 라그란지안(Lagrangian; 목적함수)가 감소하는 방향이 되도록 속도장을 결정하였다. 실제 영역 바깥쪽 속도장은 Adalsteinsson와 Sethian(1999)가 제안한 속도확장 기법을 이용하여 구하였다. 레벨셋 기반의 최적화 기법에 위상 민감도를 이용하여, 최적화 과정에서 원하는 시기와 위치에 위상 변화가 가능하도록 하였다.

• 한국기계가공학회지
• /
• 제17권3호
• /
• pp.141-147
• /
• 2018

Recently, interest in customers has shifted to the emotional quality of customers as the driving, handling, and collision stability of automobiles have been greatly improved. The NVH performance of a vehicle is quantified and evaluated from the DPDS. To improve the DPDS, we need to optimize the shape without considering the increases in thickness of the parts or additions to the parts. And at the same time, we need to establish design and analysis processes to satisfy the requirements of the DPDS.

• 한국지반신소재학회논문집
• /
• 제21권3호
• /
• pp.1-10
• /
• 2022

본 논문에서는 지반 구조물의 재료 물성치에 대한 추계장 세트를 이용하여 재료 물성치의 공간적 임의성 및 확률 특성을 역추정한다. 이러한 추정된 재료 물성치의 확률분포 및 확률특성을 이용하여 구조 형상에 대한 위상 최적화를 수행하고, 기존의 결정론적 위상 최적화 결과와 비교한다. 재료 물성치에 대한 한 세트의 추계장들을 생성하고, 각 추계장에서 재료 물성치의 공간적 임의성을 모사한다. 각 추계장에서 재료 물성치의 부분값들을 이용하여 실제 재료 물성치의 확률분포와 확률 특성을 추정한다. 추정된 실제 재료 물성치의 확률특성을 추계장 세트의 확률 특성과 비교한다. 또한, 임의성을 가진 재료탄성계수를 가지는 지반구조물의 최적화 응답변화도와 임의성이 없는 재료탄성계수를 가지는 지반구조의 응답변화도를 비교한다. 따라서, 실제 재료 물성치의 공간적 임의성을 고려한 정량화된 확률론적 위상 최적화 결과를 얻을 수 있다.

• 한국산학기술학회논문지
• /
• 제18권3호
• /
• pp.22-30
• /
• 2017

본 논문은 해양 플랜트에 설치되는 압력 시스템 구조물의 위상 최적화를 통한 경량화 설계와 구조해석을 통한 구조안전성 평가에 대한 연구결과이다. 해양 플랜트에 설치되는 구조물은 기본적인 자중 외에도 해상에서 발생하는 풍하중 및 동하중에 따른 구조 설계가 매우 중요하고 구조 안전성 평가가 필수적이다. 본 연구에서는 DNV 선급 규정에 따라 풍하중 및 동하중을 상황별로 분류해 이를 해석에 적용하여 수행하였다. 경량 화된 형상을 얻기 위한 방법으로 위상 최적화 기법을 구조물에 적용하였다. 위상 최적화 해석을 통해 구조물에서 응력이 집중되는 부분을 확인할 수 있었다. 위상 최적화 해석을 통하여 설계 시 불필요한 요소를 제거한 형상을 얻어 보강대 형태를 가진 형태로 설계 하였다. 위상 최적화를 통해 얻은 설계 형태를 바탕으로 구조해석을 통한 안전성을 평가하여 형상에 대한 적합성을 확인하였다. 이를 통해 본 연구에서는 실제 시험을 통해 구조안전성 평가가 어려운 해양플랜트 구조물의 설계 및 안전성평가 방법을 제시하였다.

• 한국강구조학회 논문집
• /
• 제13권6호
• /
• pp.673-681
• /
• 2001

본 연구에서는 다설계 변수와 다제약 조건으로 구성된 단면, 형상 및 위상을 동시에 고려하는 구조물의 이산화 최적설계문제를 유전자알고리즘을 이용하여 체계화하였다. 본 연구에서는 유전자알고리즘의 적용방법을 초기화절차, 진화적 절차 그리고 유전적 절차로 구성하였다. 초기화절차에서는 한 세대의 개체 수만큼 염색체를 생성하고 진화적 절차는 구조해석의 결과를 분석하여 적합도를 계산하였다. 그리고 유전적 절차는 번식과 교배 및 돌연변이를 통하여 다음세대의 유전자를 생성하게된다. 이렇게 진화적 절차와 유전적 절차를 반복 수행하여 최적 해를 탐색한다. 본 연구에서는 설계자가 궁극적 목표로 하는 구조물의 응력 해석과 단면, 형상 및 위상최적설계를 동시에 수행할 수 있는 이산화 최적설계프로그램을 개발하고, 설계 예를 들어 비교 고찰하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
• /
• 제27권1호
• /
• pp.9-16
• /
• 2014

레벨셋 기법과 위상민감도를 이용하여 선형 탄성 구조물에 대하여, 초기 설계형상에 의존성이 없는 위상 및 형상 최적설계 기법을 개발하였다. 레벨셋 기법에서는 복잡한 위상 형상변화를 쉽게 다루기 위해 초기 영역은 고정한 채 레벨셋 함수로 표현되는 암시적 이동경계로 경계를 표현한다. 해밀턴-자코비(H-J) 방정식과 수치적으로 강건한 기법인 'up-wind scheme'은 컴플라이언스 목적함수를 최소화시키고 허용체적 제약조건을 만족시키면서, 초기 암시적 경계를 법선 속도장에 따라 최적의 형상으로 이끌어 낸다. 점근적인 정규화 개념에 근거하여, 구멍의 반지름을 0으로 접근시켜 형상 미분의 극한을 취한 위상민감도를 고려하였다. 최적조건으로부터 유도된 라그란지안의 감소 방향을 이용하여 H-J 방정식을 갱신하기 위한 속도장을 결정하였다. 개발한 방법에서는 위상민감도로부터 얻어지는 지표를 이용하여 구멍을 언제든지 어디에서나 생성가능하기 때문에 초기 구멍이 최적 형상을 얻기 위해 요구되지 않는다는 사실을 확인하였다. 또한 효율적인 최적화 과정을 위해서는 구멍 생성을 위한 조정변수의 적절한 선택이 중요함을 확인하였다.