대형 시스템에서의 다단계 부분구조 기법을 이용한 시스템 축소기법에 관한 연구

Study on the Structural System Condensation Using Multi-level Sub-structuring Scheme in Large-scale Problems

  • 백승민 (서울대학교 기계항공공학부) ;
  • 조맹효 (서울대학교 기계항공공학부) ;
  • 김현기 (한국항공우주연구원)
  • 발행 : 2008.06.30

초록

축소시스템 기법은 전체 구조의 거동을 나타내는 저차 고유모드를 근사화한다. 지난 연구에서 축소시스템을 구축하기 위한 2단계 축소기법을 제안하였다. 또, 기존의 2단계 축소기법을 반복적 IRS기법을 통해 중간 주파수 대역의 고유모드에 대한 해의 정확도를 높이는 방안에 대해 연구가 제안되었다. 본 연구에서는 기존의 향상된 2단계 축소기법에 다단계 부구조화 기법을 적용하는 기법을 제안한다. 첫 단계에서는 전체 시스템을 그래프 분할을 통해 계층적으로 부구조로 분할되고, 두 번째 단계에서는 각각의 부구조를 개선된 2단계 축소기법을 이용하여 축소한다. 각각의 축소된 분절화된 고유치문제의 조합을 총해 최종적 축소시스템을 구축하고 이렇게 구한 축소된 고유치 문제를 란초스 기법(ARPACK)을 통해 해석한다. 최종적으로 제안된 기법의 성능을 수치 예제를 통해 검증한다.

Eigenvalue reduction schemes approximate the lower eigenmodes that represent the global behavior of the structures. In the previous study, we proposed a two-level condensation scheme (TLCS) for the construction of a reduced system. And we have improved previous TLCS with combination of the iterated improved reduced system method (IIRS) to increase accuracy of the higher modes intermediate range. In this study, we apply previous improved TLCS to multi-level sub-structuring scheme. In the first step, the global system is recursively partitioned into a hierarchy of sub-domain. In second step, each uncoupled sub-domain is condensed by the improved TLCS. After assembly process of each reduced sub-eigenvalue problem, eigen-solution is calculated by Lanczos method (ARPACK). Finally, Numerical examples demonstrate performance of proposed method.

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참고문헌

  1. 백승민, 김기욱, 조맹효 (2007) 동적 해석의 효율적 해석 기법에 관한 연구, 한국전산구조공학회 논문집, 20(3), pp.347-352
  2. 백승민, 김현기, 김기욱, 조맹효 (2007) 반복적 IRS를 이용한 구조 시스템 식별, 한국전산구조공학회 논문집, 20(1), pp.65-73
  3. Aminpour, M.A. (1992) Direct Formulation of a Hybrid 4-Node Shell Element with Drilling Degrees of Freedom, Int. J. Numer. Methods Eng., 35, pp.997-1013 https://doi.org/10.1002/nme.1620350504
  4. Bennighof, J.K., Lehoucq, R.B. (2004) An Automated Multilevel Substructuring Method for Eigenspace Computation in Linear ElastoDynamics, SIAM J. Sci. Comput., 25(6), pp.2084-2106 https://doi.org/10.1137/S1064827502400650
  5. Cho, M., Kim, H. (2004) Element-Based Node Selection Method for Reduction of Eigenvalue problem, AIAA J., 42(8), pp.1677-1684 https://doi.org/10.2514/1.5407
  6. Craig, Jr. R.R., Bampton, M. C.C. (1960) Coupling of substructures for dynamic analysis, AIAA J., 6(7), pp.1313-1319 https://doi.org/10.2514/3.4741
  7. Friswell, M.I., Garvey, S.D., Penny, J.E.T. (1998) The convergence of the iterated IRS method, J. Sound Vibr., 211(1), pp. 123-132 https://doi.org/10.1006/jsvi.1997.1368
  8. Guyan, R.J. (1965) Reduction of stiffness and mass matrices, AIAA J., 3(2), pp.380 https://doi.org/10.2514/3.2874
  9. Karypis, G. (1998) MeTiS Ver.4.0, http://glaros.dtc.umn.edu/gkhome/views/metis, University of Minnesota
  10. Kim, H., Cho, M. (2006) Improvement of Reduction Method Combined with Sub-domain Scheme in Large scale Problem, Int. J. Numer. Methods Eng., 70(2), pp.206-251 https://doi.org/10.1002/nme.1868
  11. Kim, H., Cho, M. (2006) Two-level scheme for selection of primary degrees of freedom and semi-analytic sensitivity based on the reduced system, Comput. Meth. Appl. Mech. Eng., 195, pp.4244-4268 https://doi.org/10.1016/j.cma.2005.08.004
  12. Lehoucq, R., Sorensen, D. C., Yang, C. (2004) ARPACK user's Guide: Solution of Large-Scale Eigenvalue Problems with Implicitly Restarted Arnoldi Method, SIAM, Philadelphia
  13. O'callahan, J. (1989) A Procedure for an improved reduced system(IRS) model, Proceedings of 7th International Modal Analysis Conference, pp.17-21
  14. Shah,V.N., Raymund, M. (1982) Analytical selection of masters for the reduced eigenvalue problem, Int. J. Numer. Methods Eng., 18(1), pp.89-98 https://doi.org/10.1002/nme.1620180108
  15. Zhang, D.W., Li, S. (1995) Succession-level approximate reduction(SAR) technique for structural dynamic, model Analysis conference(Nashville, TN), Union college press, NY, pp.435-441