Abstract
This work proposes an optimality criteria applicable to the optimum design of plane frames subject to multiple behavioral constraints on member stresses and lateral displacements of nodes and also to side constraints on design variables. The method makes use of a first order approximation for both deflection and stress constraints instead of the zero order approximation based on the concept of FSD (fully stressed design). A redesign algorithm is derived from a mathematically rigorous method which uses the Newton-Raphson method to solve the system of nonlinear constraint equations and reduces the design space whenever minimum size restrictions become active. When applied to worked examples it proved more accurate and efficient, and it is often found that optimum designs are not fully stressed designs. This fact suggests that this rigorous method is worth what it claims for complicated computing and thus had better replace the crude stress ratio algorithm adopted by the majority of optimality criteria approaches. This is particularly true as long as we enjoy ever-increasing computing power at negligible costs.
본 연구는 부재의 응력, 절점의 횡변위 등 거동적 제약과 설계변수에 가해지는 부차적 제약을 받는 평면뼈대 구조물의 설계에 적용할 수 있는 최적규준을 제안하고자 하는 것이다. 변위 및 응력제약 모두에 1차 근사법을 적용하며 이는 전응력 설계방법과 다른 점이다. 비선형인 제약조건식을 푸는데 Newton-Raphson방법을 이용하고 최소치수 제약과 관련하여 설계공간을 축소하는 등 수학적으로 엄밀한 방법으로 재설계 알고리즘을 유도하였다. 적용 예를 통하여 이 방법이 정확한 방법임이 입증되었으며 전응력 설계가 최적설계가 되지 못하는 경우도 종종 발견되었다. 이 방법은 복잡한 계산과정 만큼 그 이용가치가 있으며 단순한 응력비 알고리즘을 이용하는 대부분의 최적규준 방법에 대치되어야 할 것이다. 특히, Computer의 지속적인 발전은 이 방법의 보편적인 이용을 가능하게 할 것이다.