• Title, Summary, Keyword: 형상 최적설계

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Isogeometric Shape Design Optimization of Structures Subjected to Design-dependent Loads (설계 의존형 하중 조건을 갖는 구조물의 아이소-지오메트릭 형상 최적설계)

  • Yoon, Min-Ho;Ha, Seung-Hyun;Cho, Seon-Ho
    • Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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    • pp.412-415
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    • 2009
  • 본 논문에서는 등기하 해석법을 이용하여 설계 의존형 하중조건을 갖는 구조물에 대한 형상 최적설계 를 수행하였다. 유한요소 기반 형상 최적설계는 설계영역 매개화에 어려움이 있으나 등기하 해석법은 NURBS 기저 함수와 조정점을 이용함으로써 기하학적 표현이 용이하다는 장점을 가지고 있다. 기하학적으로 정확한 모델은 응답 및 설계민감도 해석에 사용되며, 설계구배 기반의 최적화에 있어서 중요한 역할을 한다. 하중조건이 설계영역의 변화에 따라 변하는 최적설계 문제에서 경계에서 설계민감도가 부정확한 경우, 설계공간에서 최적설계가 균일한 수렴성을 갖기 어렵다. 즉 유한요소법을 이용한 형상 최적설계에서 설계 의존형 하중조건을 갖는 문제를 푸는 경우, 최적설계를 진행할 때 변하는 경계의 부정확성 때문에 정확한 설계민감도를 얻기가 어려운 점이 있다. 본 논문에서는, 엄밀한 기하형상을 표현하는 등기하 설계민감도를 활용한 형상 최적설계 기법이 설계 의존형 하중조건을 갖는 문제에서 좋은 결과를 제시함을 확인하였다.

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Isogeometric Shape Design Optimization of Structural Systems Subjected to Design-dependent Loads (설계의존형 하중조건을 갖는 시스템의 아이소-지오메트릭 형상 최적설계)

  • Koo, Bon-Yong;Ha, Seung-Hyun;Cho, Seon-Ho
    • Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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    • pp.512-515
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    • 2010
  • 본 논문에서는 등기하 해석법을 이용하여 설계의존형 하중조건을 갖는 구조물에 대한 형상 최적설계를 수행하였다. 유한요소법 기반 형상 최적설계는 CAD 모델과 해석 모델의 차이로 인해, 설계영역 매개변수화에 어려움이 있다. 등기하 해석법은 CAD 모델과 동일한 NURBS 기저 함수와 조정점을 해석에 이용함으로써 설계의 기하학적 변화를 해석모델에 직접적으로 표현할 수 있는 장점을 가진다. 하중조건이 설계 영역이 변화함에 따라 변하는 최적설계 문제의 경우, 정확한 설계 영역 표현은 법선 벡터, 즉 변화하는 하중의 방향과 곡률과 같은 고차항의 정보를 정확하게 표현할 수 있고, 따라서 목적함수를 최소 또는 최대화시키는 최적의 해로 이끌어 낸다. 유한요소법 또는 밀도법을 이용한 형상 최적설계에서 설계의존형 하중조건을 갖는 구조물의 문제를 푸는 경우, 최적설계가 진행됨에 있어 변화하는 경계의 부정확성 때문에 정확한 설계민감도를 얻기가 어려운 점이 있다. 본 논문에서는, 수치 예제를 통해 등기하 해석 기반의 형상 최적설계 방법론이 설계의존형 하중조건을 갖는 구조물 문제에서 수월성을 가짐을 확인하였다.

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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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형상최적설계의 기초

  • 이희각
    • Computational Structural Engineering
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    • v.7 no.3
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    • pp.16-23
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    • 1994
  • 본 고에서는 형상최적설계에 대한 기초이론이 소개되었다. 재료도함수와 변분법 및 보조변수법에 기초한 형상설계민감도해석 절차는 까다로우며 함수론 등 많은 수학적인 배경을 필요로 한다. 설계민감도가 구해지면 이 정보를 필요로 하는 최적화 알고리즘을 사용하여 형상에 대한 최적해를 구할 수 있으며 그 과정은 재래식 최적설계시와 같다. 구조물 형상최적설게에 있어 형상(영역)변화의 효과는 대부분 경계에서 수직이동의 형태로 나타난다. 따라서 경계면에서 변위나 응력값 등에 대한 정확한 수치해는 성공적인 형상최적화의 중요한 관건이 된다. 따라서 구조해석을 위한 정확한 유한요소해석방법과 형상함수 그리고 경계를 나타내는 적절한 함수들을 지속적으로 개선할 필요가 있다. 반복설계과정 중에서 영역과 경계가 계속 바뀌므로 설계민감도 수치해의 정확도를 높이기 위해 경계요소법과 유한요소법에 기초를 둔 영역법 등을 사용하기도 한다.

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Isogeometric Shape Design Optimization of Structures under Stress Constraints (응력 제한조건을 갖는 구조물의 아이소-지오메트릭 형상 최적설계)

  • Ahn, Seung-Ho;Kim, Min-Geun;Cho, Seon-Ho
    • Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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    • v.23 no.3
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    • pp.275-281
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    • 2010
  • In this paper, the design optimization of structures with stress constraints is performed using isogeometric shape optimization method. The stress constraints have an important role in design optimization problems since stress concentration could result in structural failure. To represent exact geometry in analysis, the isogeometric analysis method uses the same basis functions as used in the CAD geometry. The geometrically exact model can be used in both stress and design sensitivity analyses so that it can yield more precise optimal design than finite element one. Through numerical examples, the isogeometric approach turns out to be effective in shape optimization problems under stress constraints.

Isogeometric Shape Design Optimization of Structures under Stress Constraints (응력 제한조건을 갖는 구조물의 아이소-지오메트릭 형상 최적설계)

  • Ahn, Seung-Ho;Kim, Min-Geun;Cho, Seon-Ho
    • Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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    • pp.408-411
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    • 2009
  • 본 논문에서는 아이소-지오메트릭 해석 방법을 사용하여 응력 제한 조건이 있는 형상 최적설계 문제를 다룬다. 아이소-지오메트릭 해석 방법은 해석에 사용되는 기저 함수와 기하 모델을 구성하는 함수가 일치하여 기하학적으로 정확하기 때문에 설계민감도 해석 및 형상 최적설계에 있어서 강점이 있다. 많은 최적화 문제에서 최대 강성을 확보하는 방향으로 최적화가 진행되고 있는데 이때 응력 조건을 고려하지 않는 경우가 대부분이다. 응력 제한조건이 있는 구조물에서 아이소-지오메트릭 형상 최적설계를 적용시켜 봄으로써 그 효용성을 확인하였다.

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Optimal Design for the Nose Shape of Commercial High-speed Train Using Function of Train Configuration (열차형상함수를 이용한 상용 고속열차 전두부 형상 최적설계)

  • Kwak, Minho;Yun, Suhwan;Park, Choonsoo
    • Journal of the Korean Society for Railway
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    • v.18 no.4
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    • pp.279-288
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    • 2015
  • Using the Vehicle Modeling Function, which can model various 3D nose shapes, nose shape optimization is performed to reduce the aerodynamic drag of the KTX Sancheon. 2D characteristic shapes of the KTX Sancheon nose were extracted and a base model of the KTX Sancheon was constructed for design optimization using the Vehicle Modeling Function. The design space was constructed with the base model and does not violate the shape constraints of commercial trains. Through nose shape optimization with the Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno algorithm, the aerodynamic drag of the optimized shape was reduced by 6% compared to that of the base model. The longer nose and sharper edge of the optimized shape weaken the vortices behind the last car and can reduce the aerodynamic drag.

Shape Design Optimization Using Isogeometric Analysis (등기하 해석법을 이용한 형상 최적설계)

  • Ha, Seung-Hyun;Cho, Seon-Ho
    • Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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    • v.21 no.3
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    • pp.233-238
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    • 2008
  • In this paper, a shape design optimization method for linearly elastic problems is developed using isogeometric approach. In many design optimization problems for practical engineering models, initial raw data usually come from a CAD modeler. Then, designers should convert the CAD data into finite element mesh data since most of conventional design optimization tools are based on finite element analysis. During this conversion, there are some numerical errors due to geometric approximation, which causes accuracy problems in response as well as design sensitivity analyses. As a remedy for this phenomenon, the isogeometric analysis method can be one of the promising approaches for the shape design optimization. The main idea of isogeometric approach is that the basis functions used in analysis is exactly the same as the ones representing the geometry. This geometrically exact model can be used in the shape sensitivity analysis and design optimization as well. Therefore the shape design sensitivity with high accuracy can be obtained, which is very essential for a gradient-based optimization. Through numerical examples, it is verified that the shape design optimization based on an isogeometic approach works well.

Development of 2D Structural Shape Optimization Scheme Using Selective Element Method (선택적 요소 방법을 이용한 2차원 구조물의 형상 최적설계 기법 개발)

  • 심진욱;신정규;박경진
    • Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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    • v.15 no.4
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    • pp.599-607
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    • 2002
  • During the shape optimization, relocations of nodes happen successively. However, excessive movement of nodes often results in the mesh distortion and eventually deteriorates the accuracy of the optimum solution. To overcome this problem, an efficient method lot the shape optimization has been developed. The method starts from the design domain which is large enough to hold the possible shape of the structure. The design domain has pre-defined uniform fine meshes. In each cycle, the method allots real properties to the elements inside the structure and nearly zero to ones outside. The performance of the method is evaluated through two examples with displacement and frequency constraints.

Process Optimal Design in Steady-State Metal Forming by Finite Element Method-II Application to Die Profile Design in Extusion (유한요소법을 이용한 정상상태의 소성가공 공정의 최적설계-II)

  • 전만수;황상무
    • Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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    • v.16 no.3
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    • pp.453-458
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    • 1992
  • 본 연구에서는 유한요소법에 바탕을 둔 최적공정설계법을 이용하여 압출 금형 형상의 최적설계를 실시하였다.설계의 결과를 참고문헌에서 발췌한 이론해와 비교 하였으며, 축대칭 압출공정에서 압하율, 마찰, 재료특성 등이 금형의 최적형상에 미치 는 영향에 대하여 조사하였다.