Shape Optimization of Three-Dimensional Continuum Structures by Force Approximation Techniques

힘 근사화 기법에 의한 3차원 연속체 구조물의 형상최적화

The need to develop method which can improve the shape design efficiency using high quality approximation is being brought up. In this study, to perform shape optimal design of three-dimensional continuum structures an efficient approximation method for stress constraints is proposed, based on expanding the nodal forces in Taylor series with respect to shape variables. Numerical examples are performed using the 3-D cantilever beam and fixed-fixed beam and compared with other method to demonstrate the efficiency and convergence rate of the Force Approximation method. It is shown that by taking advantage of this high quality approximation, the total number of finite element analysis required for shape optimization of 3-D continuum structures can be reduced significantly, resulting to the same level of efficiency achieved previously in sizing optimization problems. Also, shape representation by super curve technique applied to obtain optimal shape finds useful method.

양질의 근사화 방법을 이용하여 형상최적설계의 효율성을 증진시킬 수 있는 방법들을 개발하기 위한 필요성이 제기되어 왔다. 본 연구에서는 3차원 구조물의 형상적설계를 수행하기 위해 형상변수에 대한 절점력들의 Taylor급수 전개에 근거를 둔 효율적인 근사화 방법을 제안하였다. 수치예로서 캔틸레버보와 양단고정보를 취하여 제안된 방법에 의해 최적형상을 구하였다. 제안된 방법에 의해 얻어진 결과를 기 발표된 다른 방법들의 결과와 비교하여 효율성 및 수렴성에 관해 비교하였다. 그 결과 최적화를 위한 총 구조해석의 수가 크게 줄어들었고, 단면최적화만의 경우와 거의 같은 정도의 효율성을 갖게 됨을 알 수 있었다. 또한 최적형상을 얻기위해 적용된 다항식에 의한 경계표현기법은 최적형상을 얻기위한 유용한 방법임을 알 수 있었다.