p-Version 유한요소법에 의한 형상 최적화설계

Shape Optimal Design by P-version of Finite Element Method

h-version 유한요소법에 근거를 둔 형상최적화 설계에서는 초기모델의 기하형상에 대한 이상적인 체눈설계가 최종해석시에는 적합하지 않을 수 있게 된다. 그러므로, 최적화의 반복단계마다 모델의 단변형상에 대한 새로운 체눈설계가 필요하게 된다. 그러나 p-version 유한요소법은 형상최적화 문제 해석을 위한 매우 매력적인 대안으로 제시될 수 있다 p-version 유한요소법은 h-version 유한요소법과 비교하여 다음과 같은 큰 장점을 갖고 있다. 첫째로, 보간함수의 차수가 3차이상이 되면 요소의 찌그러진 형상에 대한 유한요소 해에 별 영향을 미치지 않는다. 둘째로, 심지어 응력특이 문제도 h-version에 비해 p-version은 적절한 체눈설계를 하게되면 훨씬 효율적이다. 셋째로, 초지 체눈설계와 최종 체눈설계가 동일하므로 반복단계마다 새롭게 체눈설계를 할 필요가 없어진다. Bezier의 곡선보간법, 경사투사법과 적분형 르장드르 다항식에 기초를 둔 2차원 형상최적화를 위한 p-version 모델이 제시되었다. 수치해석 경과는 p-version 소프트웨어인 RASNA를 사용하여 수행되었다.

In the shape optimal design based on h-version of FEM, the ideal mesh for the initial geometry most probably will not be suitable for the final analysis. Thus, it is necessary to remesh the geometry of the model at each stage of optimization. However, the p-version of FEM appears to be a very attractive alternative for use in shape optimization. The main advantages are as follows; firstly, the elements are not sensitive to distortion for interpolation polynomials of order $p{\geq}3$; secondly, even singular problems can be solved more efficiently with p-version than with the h-version by proper mesh design; thirdly, the initial mesh design are identical. The 2-D p-version model for shape optimization is presented on the basis of Bezier's curve fitting, gradient projection method, and integrals of Legendre polynomials. The numerical results are performed by p-version software RASNA.