• 한국전산구조공학회논문집
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• 제35권6호
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• pp.367-374
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• 2022

본 논문에서는 역전파 방법 기반 자동미분법을 이용하여 설계민감도를 구하고 이를 응력제한조건을 고려한 위상최적설계에 적용하였다. 응력제한조건이 있는 위상최적화문제는 특이점(singularity)과 응력의 국부성(local nature of stress constraint)문제, 그리고 설계 변수에 대한 비선형성의 문제를 포함하고 최적해를 얻기가 매우 힘들다. 특이점 문제를 해결하기 위해서 응력 완화(stress relaxation) 기법을 사용하였고, 응력의 국부성을 해결하기 위해 p-norm을 이용한 전역 응력치를 제한조건에 사용하였다. 설계 변수에 대한 비선 형성을 극복하기 위해 해석적인 방법으로 정확한 설계민감도를 구하는 것이 중요하다. 위상최적설계에서 기존에는 보조변수방법 (adjoint variable method)을 사용하여 빠르고 정확한 설계민감도를 구했지만, 설계민감도를 해석적으로 구해야 하고, 보조평형방정식을 추가로 풀어야 하는 어려움이 있다. 이를 해결하기 위해서 인공신경망에서 최적 가중치(weights)와 편차(biases)를 구할 때 쓰이는 역전파 기법을 이용하여 설계민감도를 구하고 이를 응력제한조건을 고려한 위상최적설계에 적용하였다. 역전파 기법은 자동미분에 쓰이는 기법으로 목적함수나 제한조건에 대한 설계민감도를 별도의 수식유도 없이 간단하게 구할 수 있는 장점이 있다. 또한, 미분값을 구하는 역전파의 과정이 보조평형방정식을 푸는 것보다 계산시간이 빠르고 해석적 방법으로 구한 설계민감도와 같은 정확도를 보여준다.

• 한국군사과학기술학회지
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• 제25권6호
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• pp.561-571
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• 2022

An optical mirror assembly is an opto-mechanically coupled system as the optical and mechanical behaviors interact. In the assembly, a flexure mount attached to an optical mirror should be flexible in the radial direction, but rigid for the remaining degrees of freedom for supporting the mirror rigidly and suppressing the wavefront error of the optical mirror. This work presents an optimal design of the flexure mount using topology optimization with thermal stress constraint. By simplifying the optical mirror assembly into finite shell elements, topology optimization model was built for efficient design and good machinability. The stress at the boundary between the optical mirror and the mount together with the first natural frequency were applied as constraints for the optimization problem, while the objective function was set to minimize the strain energy. As a result, we obtained the optimal design of the flexure mount yielding the improved wavefront error, proper rigidity, and machinability.

• Steel and Composite Structures
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• 제51권2호
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• pp.203-223
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• 2024

This study shows functionally graded material structural topology optimization under buckling constraints. The SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization) material model is used and a method of moving asymptotes is also employed to update topology design variables. In this study, the quadrilateral element is applied to compute buckling load factors. Instead of artificial density properties, functionally graded materials are newly assigned to distribute optimal topology materials depending on the buckling load factors in a given design domain. Buckling load factor formulations are derived and confirmed by the resistance of functionally graded material properties. However, buckling constraints for functionally graded material topology optimization have not been dealt with in single material. Therefore, this study aims to find the minimum compliance topology optimization and the buckling load factor in designing the structures under buckling constraints and generate the functionally graded material distribution with asymmetric stiffness properties that minimize the compliance. Numerical examples verify the superiority and reliability of the present method.

• 한국정밀공학회:학술대회논문집
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• 한국정밀공학회 1997년도 추계학술대회 논문집
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• pp.731-734
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• 1997

In this study, a shape optimization is performed for circular and elliptical holes to reduce weight of a plate. It is accomplished in reference to the results of topology optimization of the square plate with circular hole. From the results. it is concluded that the stress values of shape optimization of them are satisfied with 100MPa of constraint condition.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제71권4호
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• pp.417-432
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• 2019

Seismic performance analysis of steel-brace reinforced concrete (RC) frame using topology optimization in highly seismic region was discussed in this research. Topology optimization based on truss-like material model was used, which was to minimum volume in full-stress method. Optimized bracing systems of low-rise, mid-rise and high-rise RC frames were established, and optimized bracing systems of substructure were also gained under different constraint conditions. Thereafter, different structure models based on optimized bracing systems were proposed and applied. Last, structural strength, structural stiffness, structural ductility, collapse resistant capacity, collapse probability and demolition probability were studied. Moreover, the brace buckling was discussed. The results show that bracing system of RC frame could be derived using topology optimization, and bracing system based on truss-like model could help to resolve numerical instabilities. Bracing system of topology optimization was more effective to enhance structural stiffness and strength, especially in mid-rise and high-rise frames. Moreover, bracing system of topology optimization contributes to increase collapse resistant capacity, as well as reduces collapse probability and accumulated demolition probability. However, brace buckling might weaken beneficial effects.

• 한국CDE학회논문집
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• 제11권5호
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• pp.351-358
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• 2006

Recently, the development of new structural model in fixed partial denture system is required to be started from the conceptual design with low cost, high performance and quality. In this point, a FEM based design of partial denture is used to investigate stress distribution on the durable shape. In this paper, the structural performances of partial dentures were analyzed under three biting forces. The periodontal embedding model is introduced on behalf of the detailed supporting tissue, which is composed of dentin, cortical bone, cancellous bone and periodontal ligament. Using topology optimization, the optimal reinforcement layout of connector was obtained and the detail shape in the fixed partial denture was designed.

• 대한기계학회논문집A
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• 제39권3호
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• pp.311-318
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• 2015

텔레비전의 운송 중 발생 가능한 낙하상황을 설정하고, 낙하충격으로부터 텔레비전을 보호할 수 있는 텔레비전 포장재의 최적설계를 수행하였다. 텔레비전 포장재의 최적설계는 등가정하중법을 이용하여 비선형동적응답 구조최적설계를 수행하였으며, 포장재의 최적설계 과정을 본 연구에서 제안하였다. 개념설계 단계에서 등가정하중법을 적용한 위상최적설계를 수행하였으며 상세설계 단계에서 가상모델을 사용한 응력등가정하중법을 이용하여 형상최적설계를 수행하였다. 응력등가정하중은 비선형동적응답 해석의 변위장뿐만 아니라 응력반응장과 동일한 선형해석반응장을 유발하는 선형정적하중이다. 즉, 비선형동적응답 해석에서의 응력반응장을 구조최적설계에서 제한조건을 설정할 수 있는 것이다. 실제 예제를 통해 등가정하중법을 적용한 최적설계 과정의 유용성을 검증하였다. 텔레비전 포장재 낙하 테스트는 LS-DYNA 를 사용하였으며 구조최적설계는 NASTRAN 을 사용하였다.

• Wind and Structures
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• 제34권3호
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• pp.291-301
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• 2022

Although mostly used in wind turbine market, single rotor wind turbines have problems with transportation and installation costs due to their large size. In order to solve such problems, multi-rotor wind turbine is being proposed; however, light weight design of multi-rotor wind turbine is required considering the installation at offshore or deep sea. This study proposes the systematic design process of the multi-rotor wind turbine focused on its supporting structure with simultaneous consideration of static and dynamic behaviors in an ideal situation. 2D and successive 3D topology optimization process based on the density method were applied to minimize the compliance of supporting structure. To realize the conceptual design obtained by topology optimization for manufacturing feasibility, the derived 3D structure was modified to have shell structures and optimized again through parametric design using the design of experiments and the response surface method for detail design of their thicknesses and radii. The resultant structure was determined to satisfy the stress and the buckling load constraint as well as to minimize the weight and the resultant supporting structure were verified numerically.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제31권2호
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• pp.97-104
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• 2018

본 논문에서는 페이즈필드 설계법 기반의 피로 제약 조건 구조물의 위상최적설계를 수행하였다. 페이즈필드 설계법의 도입으로 기존의 위상최적설계법에서 발생하기 쉬운 중간 영역의 크기를 크게 감소시켰다. 수정된 upper bound P-norm의 도입으로 모든 지점의 응력 성분을 고려하면서, 전역적 응력값이 국부적 최대 응력값과 근사한 값을 가질 수 있도록 설정하였다. 또한 기존의 피로 파괴 제약 조건 위상최적설계에서 다루지 않았던 응력 수정 계수에 대한 고려를 위하여 위상최적설계 결과물의 1차 주응력 성분을 고려하여 응력 수정 계수를 도입하고 이에 따라 허용 응력 진폭 값을 수정 하였다. 이를 통하여 인장 응력으로 인한 내구 한도 감소 요인을 반영한 체계적인 설계 방안을 제시하였다.

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