• 한국전산구조공학회논문집
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• 제22권5호
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• pp.463-474
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• 2009

기존에 설치되어 있는 구조물의 양면대칭 패치보강은 항상 면내거동만을 유발하나 시공상 어려움이 있다. 반면에 일면 패치보강의 경우 인장력의 증가에 따라 중립축의 위치가 대칭이 아니므로 휨에 대한 강성도가 증가하게 되며, 결과적으로 적층판의 휨을 심화시키게 된다. 이 연구에서는 일면 패치보강된 적층판의 두께방향은 물론이고 원공주위의 응력집중계수를 산정하기 위해 p-수렴 완전층별모델을 제안하였다. 가정된 변위장의 정의를 위해, 임의의 층에서 변위-변형률 관계와 3차원 구성방정식은 2차원 및 3차원 계층적 형상함수의 조합이 사용된다. 원형경계의 기하형상을 나타내기 위해 초유한사상기법이 사용되며, 다른 외삽법을 사용하지 않고 각 층마다 절점에서의 응력값을 직접적으로 얻기위해 가우스-로바토 수치 적분이 수행되었다. 제안된 모델의 정확도와 단순성은 기존의 3차원 유한요소해석과 실험에 의해 구해진 결과들과의 비교를 통해 검증되었다. 또한 정사각형, 원형, 고리형 형상의 다양한 패치보강에 따른 휨효과를 조사하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제12권3호
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• pp.39-55
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• 1992

본(本) 연구(硏究)에서는 트러스구조물(構造物)의 효율적(效率的)인 형상최적화(形狀最適化)를 위해서 3단계분할최적화(段階分割最適化) 기법(技法)을 유도(誘導)하였다. 3단계분할최적화(段階分割最適化) 기법(技法)을 적용(適用)하기 위하여 제(第)1단계(段階)에서 설계변수(設計變數)로 목적함수(目的函數)는 구조물(構造物)이 에너지를 최대(最大)로 흡수(吸收)할 수 있도록 변형(變形)에너지를 택하였으며 제약조건식(制約條件式)으로는 허용응력(許容應力), 좌굴응력(挫屈應力), 변위제약(變位制約) 및 다(多) 재하조건(載荷條件)을 고려(考慮)하여 최적화문제(最適化問題)를 형성(形成)하였다. 제(第) 2단계(段階)에서 설계변수(設計變數)는 부재단면적(部材斷面積)으로하여 목적함수(目的函數)는 구조물(構造物)의 중량(重量)이 최소(最小)가 되도록 중량함수(重量函數)를 택하였으며 제약조건식(制約條件式)으로는 제(第)1단계(段階)에서 얻은 최대변위(最大變位)를 대입(代入)한 평형조건식(平衡條件式) 및 다재하조건(多載荷條件)을 고려(考慮)하여 최적화문제(最適化問題)를 형성(形成)하였다. 제(第) 3단계(段階)에서는 조정변수(調整變數)를 절점좌표(節點座標)로 하고 목적함수(目的函數)로는 중량함수(重量函數)로 하여 최적화(最適化) 문제(問題)를 형성(形成)하였다. 이와같이 형성(形成)된 제(第)1, 제(第)2단계(段階)의 최적화(最適化) 문제(問題)는 선형계획문제(線形計劃問題)로 된다. 따라서 3단계(段階) 분할최적화(分割最適化) 기법(技法)은 최적화(最適化) 과정(過程)이 간편(簡便)하고 구조해석(構造解析) 및 감도분석(感度分析)을 위한 기법(技法)을 적용(適用)할 필요(必要)가 없으므로 최적화(最適化) 과정중(過程中) 구조해석(構造解析) 및 감도분석(感度分析)에 요구(要求)되는 시간(時間)을 줄일 수 있는 효율적(效率的)인 기법(技法)이었다. 제(第) 3단계(段階)에서는 절점좌표(節點座標)를 설계변수(設計變數)로 하므로서 무제약최적화문제(無制約最適化問題)로 형성(形成)되므로 최적화과정(最適化過程)이 용이(容易)하다. 또한 본(本) 연구(硏究)는 각(各) 단계(段階)에 각각(各各) 다른 최적화기준(最適化基準)을 사용함으로써 수염속도(收斂速度)를 향상(向上)시키고 있다. 본(本) 연구(硏究)의 기법(技法)을 4종(種)으 트러스 구조물(構造物)에 적용(適用)한 결과 트러스 구조물(構造物)의 형태(形態), 제약조건식(制約條件式)에 구애받지 않고 효율적(效率的)으로 최적해(最適解)에 수염(收斂)함과 동시(同時)에 타(他)의 연구(硏究)와 거의 동일(同一)한 연구결과(硏究結果)를 얻었다.

• 대한토목학회논문집
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• 제13권2호
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• pp.73-84
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• 1993

본(本) 연구(研究)에서는 분할기법(分割技法)을 이용하여 평면(平面)트러스구조물(構造物)의 형상최적화(形狀最適化)를 시도(試圖)하였다. 본(本) 연구(研究)의 제(第)1단계(段階)(Level 1)에서는 다른 연구(研究)와 달리 응력제약(應力制約)을 감도해석(感度解析)에 효율적(效率的)이라고 알려진 설계공간법(設計空間法)에 의해서 부재응력근사화(部材應力近似化)를 하므로서 비선형최적화문제(非線形最適化問題)가 선형계획문제(線形計劃問題)로 변환(變換)되어 해(解)를 효율적(效率的)으로 구할 수 있고 또한 감도해석(感度解析)을 위한 구조해석수(構造解析數)를 줄일 수 있다. 목적함수(目的凾數)는 구조물(構造物)의 중량(重量)이 최소(最小)가 되도록 중량함수(重量凾數)를 택하였다. 제약조건식(制約條件式)으로는 허용응력(許容應力), 좌굴응력(挫屈應力), 변위제약(變位制約) 및 설계변수(設計變數) 상하한치제약(上下限値制約)을 부과(附課)하였고 다(多) 재하조건(載荷條件)을 고려(考慮)하여 최적화문제(最適化問題)를 형성(形成)하였다. 제(第)2단계(段階)(Level 2)에서는 설계변수(設計變數) 및 조정변수(調整變數)를 절점좌표(節點座標)로 하고 목적함수(目的凾數)로는 중량함수(重量凾數)로 하여 최적화문제(最適化問題)를 형성(形成)하였다. 절점좌표(節點座標)만을 설계변수(設計變數)로 하므로서 무제약최적화문제(無制約最適化問題)로 형성(形成)되므로 최적화(最適化) 과정(過程)이 용이(容易)하다. 본(本) 연구(研究)의 제(第)1단계(段階)에서는 부재응력(部材應力)을 근사화(近似化)하여 단면(斷面)을 최적화(最適化)하고 제(第)2단계(段階)에서는 형상(形狀)만 최적화(最適化)하는 분할기법(分割技法)을 트러스구조물(構造物)에 적용(適用)한 결과 본(本) 연구(研究)는 트러스구조물(構造物)의 형태(形態), 제약조건식(制約條件式)에 구애받지 않고 최적해(最適解)에 부재응력근사화(部材應力近似化)로 인하여 효율적(效率的)으로 수렴(收斂)하였고 또한 타(他)의 연구(研究)와 거의 동일(同一)한 연구(研究) 결과(結果)를 얻었으며 형상최적화(形狀最適化)로 트러스구조물(構造物)의 중량(重量)을 5.4% - 15.4% 까지 감소(減少)시켰다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제35권9호
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• pp.1041-1050
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• 2011

미크론 단위의 크기를 갖는 구조물의 소성변형에서 나타나는 길이 효과를 고려하여 유한요소 해석을 하기 위하여 변형률 구배 소성이론을 이용하는 탄소성 유한요소 모델링 및 해석법을 제안하였다. 기존의 연구에서 주로 고차, 고자유도 및 혼합요소, 초 요소 등을 필요로 하였던 것에 비하여 본 논문에서는 이들을 배제하는 변위법 저차 평면 요소 및 삼차원 요소를 도입하였다. 이는 비선형 증분 해석의 프레임워크에서 계산된 소성 변형률의 절점 평균값으로 보간하여 적분점에서의 변형률 구배를 구하고 테일러 전위 모델에 의한 변형률 경화 구성방정식을 적용하므로서 가능하였다. 제안된 방법론은 선형 삼각 및 사각요소, 선형 사면체, 육면체 요소에 대해 적용되었으며 마이크로 굽힘, 마이크로 비틀림, 마이크로 기공과 같은 대표적인 길이 스케일 문제를 통하여 수치적으로 검증하였다. 본 논문에서 제안한 방법은 계산이 매우 쉬우면서도 실험값들과 비교해 볼 때, 변형률 구배 소성이론 즉, 길이 효과를 잘 나타내어 주었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제27권1호
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• pp.1-8
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• 2014

레벨셋 기법과 무요소법을 결합한 위상 및 형상 최적설계 기법을 개발하여 선형 탄성문제에 적용하였다. 설계민감도는 애드조인트법을 사용하여 효율적으로 구하였다. 해밀턴-자코비 방정식을 업-윈드 기법을 이용하여 수치적으로 풀었으며, 구조물의 경계는 레벨셋 함수를 이용하여 암시적으로 표현하였다. 구조물의 응답과 설계민감도를 얻기 위하여 암시적 함수를 사용하여 명시적 경계를 생성하였다. 재생 커널 기법에 기초하여 얻어진 전역 절점 기저함수를 사용하여 연속체 지배방정식의 변위장을 이산화하였다. 따라서 질점들을 연속체 영역의 어느 곳이든 위치시킬 수 있으며, 이는 통해 명시적 경계를 생성하는 것이 가능하며, 결과적으로 정확한 설계를 얻을 수 있다. 개발된 방법은 제한 조건이 있는 최적설계 문제에 대하여 라그랑지안 범함수를 정의한다. 이는 경계의 변화를 통하여 허용 부피 제한조건을 만족시키면서 컴플라이언스를 최소화한다. 최적설계 과정 동안 라그랑지안 범함수의 최적화조건을 만족시킴으로써 해밀턴-자코비 방정식을 풀기 위한 속도장을 얻는다. 기존의 형상 최적설계 기법에 비하여, 본 방법론은 위상과 형상의 변화를 쉽게 얻어낼 수 있다.

• 대한토목학회논문집
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• 제28권6A호
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• pp.789-798
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• 2008

강성도법에서는 평형상태의 해석을 통해 구조물의 변위를 바로 산정할 수 있다. 그러나 변위형상함수를 사용하여 강성행렬과 부재내력의 계산이 근사적으로 수행되므로 유연도법에 비해 정확도가 낮은 단점이 있다. 종래의 유연도법에서는 변위형상 함수를 사용하지 않고 평형방정식을 만족하는 단면력-절점력 관계를 사용하여 단면력을 산정하므로 요소 내의 모든 단면에서 평형방정식을 만족시킬 수 있다. 그러나 유연도법은 강성도법에 비해 요소상태의 결정이 용이하지 않은 단점이 있다. 본 연구에서는 이러한 강성도법과 유연도법의 장점을 활용하여 강-콘크리트 합성구조물의 비선형해석을 위한 새로운 화이버 유한요소 혼합법(mixed method)을 개발하였다. 제안된 방법은 하중제어를 통한 Newton 방법을 사용하고 수치해석적으로 효과적이고 수렴성이 우수한 증분할선탄성계수법에 기반을 두고 있다. 또한 제안된 방법을 사용하여 강-콘크리트 합성구조물을 해석하였고 그 결과를 상용프로그램인 ABAQUS와 비교하였다. 그 결과 제안된 방법은 강-콘크리트 합성구조물의 비선형 거동을 정확하게 평가하였고 경제성이 매우 우수한 방법으로 입증되었다.