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https://www.krm.or.kr/krmts/link.html?dbGubun=SD&m201_id=10011548&local_id=10019038
등가정하중을 이용한 비선형 동적 응답 구조최적설계
Reports NRF is supported by Research Projects( 등가정하중을 이용한 비선형 동적 응답 구조최적설계 | 2005 Year 신청요강 다운로드 PDF다운로드 | 김용일(한양대학교) ) data is submitted to the NRF Project Results
Researcher who has been awarded a research grant by Humanities and Social Studies Support Program of NRF has to submit an end product within 6 months(* depend on the form of business)
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  • Researchers have entered the information directly to the NRF of Korea research support system
Project Number D00011
Year(selected) 2005 Year
the present condition of Project 종료
State of proposition 재단승인
Completion Date 2008년 10월 30일
Year type 결과보고
Year(final report) 2008년
Research result report
  • Abstract
  • 실제 대부분의 공학적 문제들은 크고 작은 비선형성을 내포하고 있으며, 시간에 대해 가변적인 하중이 적용된다. 따라서 구조물의 최적설계 과정에서는 이 모든 가능성이 고려되어야 한다. 그러나 이 모든 현상들을 묘사하고 최적화에 이용하는 것은 매우 어려운 일이다. 그렇기 때문에 지금까지는 비선형성 및 동적 효과를 무시한 설계가 많았다. 하지만 오늘날 개발되는 구조물들이 점차 복잡해지고 특수한 성질의 신소재 사용이 많아지면서 보다 정교한 설계기법이 요구되고 있다. 이것은 효율적인 비선형 동적 응답 최적화 기법의 개발이 필요함을 의미한다.
    기존에 연구된 비선형 동적 응답 최적화 기법들은 시간종속 제한조건의 처리와 증분을 통한 비선형 해석의 민감도 계산이 난점이었다. 그런 이유로 실제적 문제의 구조최적설계 사례는 찾아보기가 매우 힘들다. 그 대안으로 사용되는 근사 최적화 기법들은 적은 횟수의 해석을 통해 최적해를 찾아내는 장점이 있지만, 해의 정확성 및 활용 가능한 설계변수의 규모 등에서 단점을 갖고 있다.
    등가정하중의 개념을 비선형 동적 응답 구조최적설계에 확대 적용하여 그 정의 및 방법을 새롭게 제시하고, 효율적인 최적화 알고리듬을 개발하였다. 새롭게 정의한 등가정하중이란 비선형 동적 응답 해석에서 얻어지는 응답과 동일한 응답을 유발하는 선형 정적 해석을 위한 하중으로 정의한다. 따라서 등가정하중을 이용하면 선형 정적 해석을 통해서도 비선형 동적 응답을 똑같이 만들어 낼 수 있다. 이것은 이미 잘 발달되어 있는 선형 정적 응답 최적화 기법을 그대로 이용할 수 있다는 것을 의미한다. 그러므로 기존의 비선형 동적 응답 최적화 연구에서 큰 난점이었던 민감도 계산의 부담이 상당히 줄어들게 된다. 또한 시간종속 제한조건은 시절점 수만큼의 정적 하중조건들로 변환하여 최적설계 시 다중하중조건으로 처리하므로 쉽게 해결될 수 있다.
    개발된 최적화 기법을 다양한 예제들에 적용하여 그 정확성 및 효율성을 검증하였다. 검증을 위해서 전통적인 최적화 방법인 유한차분법과 반응표면법을 사용하였다. 등가정하중법으로 얻은 최적해는 전통적인 최적화 방법들로부터 얻은 해와 비교하였을 때, 거의 동일하거나 더 좋은 결과를 보여주었다. 무엇보다 최적화에 소요된 해석 횟수 및 시간에서 훨씬 효율적임이 증명되었다.
    등가정하중법을 대규모의 실제적 공학문제에도 적용하였다. 미 공군에서 개발중인 무인항공기용 접합날개의 비선형 동적 응답 구조최적설계가 수행되어 모든 응력 제한조건을 만족하는 해를 단 몇 번의 해석으로부터 찾아 내었다. 자유도가 수백만 개에 달하는 자동차의 충돌문제에도 성공적으로 적용하여 제안한 방법의 우수성과 유용성을 증명하였다.
  • Research result and Utilization method
  • 비선형 과도 응답을 하는 구조물의 변위 및 응력 응답을 선형 정적 해석을 통해 똑같이 묘사 할 수 있는 등가의 정하중을 산출한다. 산출된 정하중들을 이용해서 선형 해석을 수행하면 고가의 비선형 과도 응답해석을 수행하지 않고도 저가의 선형 해석을 이용하여 동일한 응답을 얻을 수 있다.
    오늘날 산업현장에서는 컴퓨터 지원 설계(CAE)가 널리 이용되고 있지만, 개발 단계에서 해석에 소요되는 시간이 항상 큰 걸림돌이 되고 있다. 개발된 방법은 훨씬 적은 시간으로 동일한 응답을 얻게 하는 방법이기 때문에 개발 단계에서 매우 유용하게 사용될 수 있다.
  • Index terms
  • 등가의 정하중, 비선형 과도 응답, 구조최적설계
  • List of digital content of this reports
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