• Title, Summary, Keyword: 설계 민감도해석

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X-FEM Based Shape Design Sensitivity Analysis of Crack Propagation Problems (균열진전 문제의 X-FEM 기반 형상 설계민감도 해석)

  • Moon, Min-Yeong;Ahn, Seung-Ho;Cho, Seon-Ho
    • Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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    • pp.697-700
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    • 2011
  • 본 논문에서는 X-FEM을 사용하여 혼합모드 하중 상태에서의 이차원 선형탄성체의 균열문제에 대한 형상 설계민감도 해석을 수행하였다. X-FEM이란 균열과 같은 특수한 해를 근사하는 방법으로써, 확장함수를 도입하여 FEM의 한계를 극복하는 방법론이다. X-FEM 하에서 해를 근사하는 데 쓰이는 확장함수들은 불연속성과 특이성을 포함하고 있어 물리적 영역에 의존한다. 이는 설계민감도 해석을 수행하는 과정에서 그러한 의존성을 고려해주는 것이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 X-FEM 기반의 형상 설계민감도 해석해를 제안하고자 한다. 식의 유도는 전 미분 공식에 기초하고 있으며, 형상함수의 설계변분에 대한 의존성에 관한 항을 추가시켰다. 또한, 균열 주위의 국부적인 공간에서의 확장된 자유도에 설계속도를 가한다. 이에 대한 몇 가지 수치 예제를 통하여 개발된 방법론의 타당성을 확인하였다.

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Natural Frequency and Mode Shape Sensitivities of Non-Proportionally Damped Systems : Part II, Multiple Natural Frequencies (중복 고유치를 갖는 비비례 감쇠계의 고유치와 고유벡터의 민감도 해석법)

  • 김동옥;김주태;박선규;이인원
    • Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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    • v.12 no.1
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    • pp.103-109
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    • 1999
  • 본 연구에서는 중복 고유치를 갖는 비비례 감쇠 진동계의 고유치와 고유벡터의 민감도를 계산하는 새로운 방법을 제시하였다. 제안 방법은 매우 간단하면서도 수치적 안정성이 보장되고 정확한 해를 주는 방법이다. 제안 방법에서는 (n+m)차의 대칭 행렬로 이루어진 대수방정식을 해석함으로써 n개의 자유도를 갖는 감쇠계에 있어서 m차의 중복도를 갖는 고유치와 고유벡터의 설계변수에 대한 미분을 구한다. 제안 방법의 검증을 위해 5자유도를 갖는 단순구조물의 민감도해석을 예제에서 다루고 있다. 예제에서의 설계변수는 모델의 부분강성으로 하였다.

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Natural Frequency and Mode Shape Sensitivities of Non-Proportionally Damped Systems : Part 1, Distinct Natural Frequencies (비중복 고유치를 갖는 비비례 감쇠계의 고유치와 고유벡터의 민감도 해석법)

  • 김동옥;김주태;오주원;이인원
    • Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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    • v.12 no.1
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    • pp.95-102
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    • 1999
  • 본 연구에서는 중복되지 않는 고유치를 갖는 비비례 감쇠계의 고유치와 고유벡터의 민감도를 계산하는 새로운 방법을 제시하였다. 제안 방법에서는 (n+1)차의 대칭 행렬로 이루어진 대수방정식을 해석함으로써 n개의 자유도를 갖는 감쇠계의 고유치와 고유벡터의 설계변수에 대한 미분을 구한다. 제안 방법은 매우 간단하면서도 수치적 안정성이 보장되고 정확한 해를 주는 방법이다. 제안 방법의 검증을 위해 7자유도를 갖는 차량모델의 민감도해석을 예제에서 다루고 있다. 예제에서의 설계변수는 콘테이너의 질량으로 하였다.

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Optimal Design of Electromagnetic Devices Using COMSOL Interface (COMSOL 인터페이스를 이용한 전기기기의 최적설계)

  • Kim, Min-Ho;Byun, Jin-Kyu
    • Proceedings of the KIEE Conference
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    • pp.660_661
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    • 2009
  • 본 논문에서는 유한 요소법에 기반을 둔 최적설계 이론과 상용 시뮬레이션 프로그램인 COMSOL의 인터페이스를 활용하여 전기 기기의 최적설계를 수행하였다. 전기기기의 최적설계를 위한 형상 정보는 통상적으로 해석용으로만 사용되는 COMSOL 프로그램의 CAD 기능을 통해 추출하였다. 초기형상에 대해 민감도해석을 적용해 계산된 민감도를 바탕으로 설계변수를 변화시키며 반복적인 계산을 수행하고 최적 형상을 도출하였다. 논문에서 정한 설계목표에 맞추어 모델의 목적함수를 정의하고, 최종 결과를 초기형상과 비교했을 때 설계 목표치에 대한 오차가 감소하고 목적함수가 수렴하는 것을 확인하였다.

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Design Sensitivity Analysis of Frequency Response Using Krylov Subspace Based Model Reduction (Krylov 부공간 축소기법을 이용한 주파수응답의 설계민감도 해석)

  • Han, Jeong-Sam
    • Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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    • pp.131-134
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    • 2009
  • Krylov 부공간 모델차수축소법은 초기 유한요소모델과 축소모델의 전달함수의 계수인 모멘트를 일치시키는 방법을 이용하는 축소기법으로 이미 대형 유한요소모델의 주파수응답 해석의 효율적인 계산에 많이 사용되고 있는 방법 중의 하나이다. 본 논문에서는 Krylov 부공간 축소기법을 이용한 관심 주파수영역에 대한 주파수응답 해석 및 이를 통하여 계산된 주파수응답의 여러 가지 설계변수에 대한 설계민감도 해석방법을 제안하였다. 일반적으로 구조물의 주파수응답을 고려한 최적설계를 위해서는 설계변수에 대한 관심 주파수영역에서의 주파수응답 및 그의 민감도 정보가 요구되므로, 고려하는 유한요소모델이 대형일 경우에 관심 주파수영역에서의 반복적인 해석으로 인한 계산비용의 문제가 대두된다. 본 논문에서는 축소모델을 이용하여 주파수응답과 주파수응답의 설계민감도 해석을 수행하여 계산의 효율성을 극대화하였다. 민감도 계산에는 시간측면과 구현의 용이성 측면에서 장점이 있는 준해석적 방법을 이용하였다. 수치 예제를 통하여 축소기법을 이용한 주파수응답의 설계민감도 해석 결과를 유한차분법에 근거한 민감도 결과와 비교하였다. 본 논문에서 제안된 방법을 이용하는 경우, 주파수응답을 고려한 최적설계를 계산비용 측면에서 매우 효율적으로 수행할 수 있을 것이다.

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Shape Design Sensitivity Analysis of Axisymmetric Thermal Conducting Solids Using Boundary Integral Equations (경계적분방정식을 이용한 축대칭 열전도 고체의 형상설계민감도 해석)

  • 이부윤
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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    • v.17 no.1
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    • pp.141-152
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    • 1993
  • A generalized method is presented for shape design sensitivity analysis of axisymmetric thermal conducting solids. The shape sensitivity formula of a general performance functional arising in shape optimal design problem is derived using the material derivative concept and the adjoint variable method. The method for deriving the formula is based on standard axisymmetric boundary integral equation formulation. It is then applied to obtain the sensitivity formulas for temperature and heat flux constraints imposed over a small segment of the boundary. To show the accuracy of the sensitivity analysis, numerical implementations are done for three examples. Sensitivities calculated by the presented method are compared with analytic sensitivities for two examples with analytic solutions, and compared with sensitivies by finite difference for a cooling fin example.

Sensitivita Analysis and Optimal desing of plane Vehicle Frame Structures (평면 차체프레임구조물의 민감도해석 및 최적설계)

  • 이종선
    • Journal of The Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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    • v.5 no.4
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    • pp.74-81
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    • 1996
  • This paper is to estimate sizing design sensitivity of linear and nonlinear vehicle frame structure using structural ananlysis result from ANSYS. Using design sensitivity results, optimal design of plane vehicle frame structure with buckling constraint is carried out the gradient projection method. Optimal design results are compares gradient projection method resrult with SUMT result.

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A Hierarchical Approach for Design Analysis and Optimization of Framed Structures (프레임 구조의 계층적 설계 해석 및 최적화)

  • Hwang, Jin Ha;Lee, Hak Sool
    • Journal of Korean Society of Steel Construction
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    • v.12 no.1
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    • pp.93-102
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    • 2000
  • Substructuring-based hierarchical approach for design analysis and optimization of structural frames is presented in this study. The conceptual framework of this method is in the hierarchical modeling for design processes as well as structural systems and the methodology combining substructuring analysis and multilevel optimization. Mathematical models for analysis and synthesis are established on the common basis of substructuring systems. Modularized behavioral analysis, design sensitivity analysis and optimization are linked and integrated on the mathematical and structural basis of substructuring. Substructures are coordinated with the active constraints for system level and the weight ratio criteria. Numerical examples for test frames show the validity and effectiveness of the present approach.

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Design Sensitivity Analysis and Optimization of Plane Arch Structures Using Variational Formulation (변분공식화를 이용한 2차원 아치 구조물의 설계민감도 해석 및 최적설계)

  • 최주호
    • Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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    • v.14 no.2
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    • pp.159-171
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    • 2001
  • 평면 아치 구조물에 대해 선형 탄성 변분방정식에 기반을 둔 설계민감도 해석을 위한 일반적 이론을 개발하였다. 아치 구조물내의 임의 마디에 정의된 응력범함수를 고려하였고 이에 대한 설계민감도 공식을 유도하기 위해 전미분(material derivative) 개념과 보조(adjoint) 변수 방법을 도입하였다. 얻어진 민감도 공식은 구조해석 결과를 얻고 나면 이들로부터 단순 대수연산을 통해 계산이 되므로 적용이 간편할 뿐 아니라 해의 정확도가 높은 잇점이 있다. 본 방법은 아치의 형상을 매개변수를 통해 표현하므로 얕은 아치에 국한하지 않고 어떠한 형상도 고려가 가능하며, 나아가서 아치의 형상변화를 형상에 대해 수직뿐 아니라 접선방향도 포함하여 일반적으로 고려하므로 다양한 형상설계가 가능하다. 몇 가지 예제에서 민감도 계산을 수행함으로써 본 방법의 정확도와 효율성을 입증하였으며, 두 가지의 설계최적화 문제를 대상으로 실제로 두께 및 형상최적설계를 수행하였다.

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