• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.32 no.4
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• pp.223-231
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• 2019

A continuum-based design sensitivity analysis(DSA) method is developed for electrostatic problems. To consider high order objective functions, we use 9-node finite element basis functions for analysis and DSA methods. As the design variables are parameterized with B-spline functions, smooth boundary variations are naturally obtained. To solve mesh entanglement problems during the optimization process, a mesh regularization scheme is employed. By minimizing the Dirichlet energy functional, mesh uniformity can be automatically achieved. In numerical examples for maximizing dielectrophoresis forces, the numerical results are compared with well-known electrode geometries and the obtained characteristics are discussed.

• Proceedings of the KIEE Conference
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• 2006.07b
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• pp.749-750
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• 2006

대용량 BLDC 모터의 진동과 소음의 원인은 영구자석과 슬롯형상에 의한 코깅토크와 전류 파형에 의한 고주파이다. 특히 대용량 BLDC의 경우 코깅토크에 의한 진동 및 소음의 영향이 상대적으로 큰 값을 가지게 되며, 본 연구는 5MW급 연구자석형 전동기에서 코깅토크 발생원인 중 하나인 영구자석의 형상을 최적화하기 위하여 RSM(Response Surface Method)과 민감도기법을 적용하여 코깅토크 저감을 위한 연구를 하였다. FEM에 의해서 자속밀도분포와 토크를 계산하고, 1개의 목적함수와 3개의 설계변수를 설정하여 최적화 하였다. FEM과 최적화기법(RSM+민감도기법)을 결합하여 영구자석의 형상을 최적화한 결과 코깅토크의 ripple이 최대 20%정도로 감소되었으며, 목적함수와 설계변수의 개수에 따라 더욱 개선될 수 있다.

• Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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• v.25 no.2
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• pp.55-65
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• 2021

In this study, the design criteria is presented for Finocyl grain, which is easy to generate neutral thrust when designing solid rocket motors. For this purpose, an automated program using drafting method was developed for burn-back analysis and its accuracy was validated. Using this developed program, burn-back analysis was performed with various configuration parameters of Finocyl grain, and the tendency and sensitivity analysis on burning characteristics were performed. Based on this analysis, the design criteria were presented to generate the neutral burning surface area trace for a Finocyl grain.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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• 2011.04a
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• pp.693-696
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• 2011

본 논문에서는 레벨셋 방법을 이용하여, 소음을 차단하기 위한 음향 구조물의 형상 최적 설계를 수행하였다. 음향 결정 구조에서는 음향이 흩어져 있는 결정 구조에 의해서 굴절되기 때문에 결정 모양을 조정함으로써, 음향 거동을 제어 할 수 있다. 형상 최적 설계의 목적은 특정한 각도와 각속도로 입사되는 입사파에 대해서 음향 투과율(acoustic transmittance)이 최소가 되도록 음향 결정의 형상(inclusion shape)을 결정하는 것이다. 음향 압력(acoustic pressure)은 주기성을 갖는 음향 결정에 대해서 헬몰츠(Helmoltz)형태의 지배 방정식을 풀어서 얻을 수 있다. 본 연구에서는 음향 구조물로 결정이 수평 방향으로는 주기적으로 무한히 분포하고 수직방향으로는 유한한 층간 구조를 가지고 있는 소음 방어벽 (Noise barrier)을 고려한다. 결정의 위치는 고정되어 있고, 결정의 형상을 설계 변수로서 음파의 거동을 제어할 수 있도록 하였다. 주기적 구조물을 고려하기 때문에 결정의 좌와 우에 Bloch 이론을 적용해 주기적 경계조건을 부과하였고, 소음 방어벽 위와 아래에는 임피던스 행렬(impedance matrix)를 이용하여, 무한 균질 영역과 소음 방어벽사이의 음파 투과를 모사하였다. 복잡한 형상 변화를 표현하기 위해 임시적 경계를 이용한 레벨셋 방법을 사용하였다. 설계 민감도 해석을 통해 목적함수가 감소하는 방향으로 경계에서의 수직 벡터를 계산하고, 이를 헤밀턴-자코비(Hamilton-Jacob) 방정식에 대입하여, 최적의 형상을 나타내는 레벨셋 함수를 구하였다.

• Proceedings of the Korean Nuclear Society Conference
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• 1998.05b
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• pp.909-914
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• 1998

제어봉구동장치는 원자력발전소에서 사용되는 기기로서, 가늘고 긴 수직 외팔보의 형상을 하고 있어 지진과 같은 동적하중에 취약한 구조를 갖고 있다. 따라서 발전소가 건설되는 지반의 다양한 지진하중에 대한 동적해석이 중요한 설계요건으로 되어 있다. 본 논문에서는 제어봉구동장치의 고유진동수를 제어하기 위한 기초연구로써 제어봉구동장치의 설계변경이 동적특성에 미치는 영향, 즉 고유진동수에 대한 설계 민감도 해석을 수행하였다. 해석 방법으로는 유한요소 프로그램의 구조 해석 결과에 변분법을 이용한 설계 민감도법을 사용하였다. 해석 결과는 유한차분에의한 결과와 일치함을 보였고, 제어봉구동장치의 초기설계 단계에서 유용한 정보로 활용할 수 있음을 확인하였다. 또한 이러한 결과는 최적설계 프로그램등과 연계되어 구조물의 설계 개선에 많은 도움을 줄 것으로 판단된다.

• Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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• v.33 no.1
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• pp.1-10
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• 2005

An aerodynamic shape optimization technique has been developed for helicopter rotor blades in hover based on a continuous adjoint method on unstructured meshes. The Euler flow solver and the continuous adjoint sensitivity analysis were formulated on the rotating frame of reference for hovering rotor blades. In order to handle the repeated evaluation of the design cycle efficiently, the flow and adjoint solvers were parallelized using a domain decomposition strategy. A solution-adaptive mesh refinement technique was adopted for the accurate capturing of the tip vortex. Applications were made for the aerodynamic shape optimization of Caradonna-Tung rotor blades and UH60 rotor blades in hover. The results showed that the present method is an effective tool to determine optimum aerodynamic shapes of rotor blades requiring less torque while maintaining the desired thrust level.

• Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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• v.11 no.1
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• pp.82-87
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• 1987

In this study a method of shape optimization is applied to two dimensional heat transfer system. For this the optimization problem is defined in a functional form including cost, constraints and the system governing equation. Then the material derivative concept in continuum mechanics and the adjoint variable method are employed for the shape design sensitivity analysis. With the sensitivity analysis results, an optimum is sought with the gradient projection optimization algorithm. The two dimensional isoparametric finite elements are used for accurate analysis and sensitivity calculations. The above method is employed to find the boundary shape to achieve a desired temperature distribution along a segment of the boundary subject to the maximum area constraint.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.27 no.5
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• pp.337-343
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• 2014

This paper presents a continuum-based shape design sensitivity analysis(DSA) method for crack propagation problems using a reproducing kernel method(RKM), which facilitates the remeshing problem required for finite element analysis(FEA) and provides the higher order shape functions by increasing the continuity of the kernel functions. A linear elasticity is considered to obtain the required stress field around the crack tip for the evaluation of J-integral. The sensitivity of displacement field and stress intensity factor(SIF) with respect to shape design variables are derived using a material derivative approach. For efficient computation of design sensitivity, an adjoint variable method is employed tather than the direct differentiation method. Through numerical examples, The mesh-free and the DSA methods show excellent agreement with finite difference results. The DSA results are further extended to a shape optimization of crack propagation problems to control the propagation path.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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• v.27 no.5
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• pp.345-352
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• 2014

In this paper, the CAD data for the optimal shape design obtained by isogeometric shape optimization is directly used to fabricate the specimen by using 3D printer for the experimental validation. In a conventional finite element method, the geometric approximation inherent in the mesh leads to the accuracy issue in response analysis and design sensitivity analysis. Furthermore, in the finite element based shape optimization, subsequent communication with CAD description is required in the design optimization process, which results in the loss of optimal design information during the communication. Isogeometric analysis method employs the same NURBS basis functions and control points used in CAD systems, which enables to use exact geometrical properties like normal vector and curvature information in the response analysis and design sensitivity analysis procedure. Also, it vastly simplify the design modification of complex geometries without communicating with the CAD description of geometry during design optimization process. Therefore, the information of optimal design and material volume is exactly reflected to fabricate the specimen for experimental validation. Through the design optimization examples of elasticity problem, it is experimentally shown that the optimal design has higher stiffness than the initial design. Also, the experimental results match very well with the numerical results. Using a non-contact optical 3D deformation measuring system for strain distribution, it is shown that the stress concentration is significantly alleviated in the optimal design compared with the initial design.

• Computational Structural Engineering
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• v.5 no.1
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• pp.28-33
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• 1992

현수교는 상당히 오래전부터 가설되어온 교량형식이기 때문에 구조해석이론도 일찍부터 개발되어 왔다. 그러나 외부 하중에 민감한 구조물이어서, 특히 동적인 하중에 대한 정확한 구조해석방법, 내풍설계방법 등은 아직도 연구가 계속되고 있다. 본 고에서는 현수교의 기본 형상을 소개하고 미력하나마 구조해석방법, 내풍설계방법, 설계시 고려해야 할 기본적인 사항들에 대하여 간략히 정리하여 보았다.