Optimal Design of Frame Structures with Different Cross-Sectional Shapes

여러 단면형상을 갖는 뼈대구조물의 최적설계

An efficient method to solve the minimum weight design problem for frame structures subjected to stress and displacement constraints is presented. The different cross-sectional shapes are conside red in order to apply engineering design in which usually required custom fabrication. To increase the efficiency of the optimization process, the structural response quantities(nodal forces, displacements) are linearized with respect to cross-sectional properties or their reciprocal, based on first order Taylor series expansion, while cross-sectional dimensions are considered as design variables. Numerical examples are performed and compared with other methods to demonstrate the efficiency and reliability of approximation method for frame structural optimization with different cross-sectional shapes. It is shown that the number of finite element analysis is greatly reduced and it leads to a highly efficient method of optimization of frame structures.

응력 및 변위제약 하에 뼈대구조물의 초소중량설계를 얻기 위한 효율적인 방법을 제안한다. 주문제작이 빈번히 이루어지는 공학설계의 응용을 위해 다음의 5가지 단면형상을 고려하였다.(rectangular형, frame형, tube형, channel형 그리고 I형). 최적화 과정의 효율성을 증진시키기 위해 구조응답량(절점력, 변위)을 단면성질에 대해 1차 Taylor급수 전개했고 반면에 단면치수를 설계변수로 고려하였다. 제안된 방법의 효율성과 신뢰성을 보이기 위해 수치예를 통해 다른 방법에 의한 결과와 비교하였다. 그 결과 구조해석의 수를 크게 감소시킬 수 있었으며 뼈대구조물의 최적화에 매우 효율적으로 적용될 수 있음을 알게 되었다.