Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea (한국전산구조공학회논문집)

Computational Structural Engineering Institute of Korea (한국전산구조공학회)
권호 표지

Topology Design Optimization of Nonlinear Thermo-elastic Structures

비선형 열탄성 연성구조의 위상 최적설계

  • 문민영 (서울대학교 조선해양공학과) ;
  • 장홍래 (서울대학교 조선해양공학과) ;
  • 김민근 (서울대학교 조선해양공학과) ;
  • 조선호 (서울대학교 조선해양공학과/RIMSE)
  • Received : 2010.05.04
  • Accepted : 2010.07.06
  • Published : 2010.10.31
Download PDF
⟨ Previous Next ⟩

Abstract

In this paper, we have derived a continuum-based adjoint design sensitivity of general performance functionals with respect to Young' modulus and heat conduction coefficient for steady-state nonlinear thermoelastic problems. An adjoint equation for temperature and displacement fields is defined for the efficient computation of the coupled field design sensitivity. Through numerical examples, we investigated the mesh dependency of the topology optimization method in the thermoelastic problems. Also, comparing the dominant loading cases of thermal and mechanical ones, the loading dependency of topology design optimization in coupled multi-physics problems is investigated.

본 연구에서는 정상상태의 비선형 열탄성 문제에 대하여 탄성 계수 및 열전도 계수에 대해서 보조변수법을 이용한 연속체 기반의 설계민감도 방정식을 유도하였고, 온도와 변위장이 연성된 보조방정식을 정의하여 효율적으로 설계민감도 해석을 수행하여 위상 최적설계에 적용하였다. 수치 예제를 통하여 열탄성 문제에서 위상 최적설계가 갖는 요소망 의존성을 살펴보았다. 또한 열 하중이 지배적인 경우와 기계적 하중이 지배적인 경우를 비교하여 다중 물리 연성문제에서 위상 최적설계가 갖는 하중에 대한 의존성을 고찰하였다.

Keywords

References

  1. 임오강, 김대우, 최은호 (2007) 열-탄성계를 고려한 엑추에이터 위상최적설계, 한국전산구조공학회 논문집, 20, pp.663-690.
  2. Bathe, K.J. (1982) Finite Element Procedures, Prentice‐Hall, NJ, p.485-547.
  3. Bendsoe, M.P., Kikuchi, N. (1988) Generating Optimal Topologies in Structual Design Using Homogenization Method, Computer Methods Applied Mechanics and Engineering, 71, pp.197-224. https://doi.org/10.1016/0045-7825(88)90086-2
  4. Cho, S., Jung, H. (2003) Design Sensitivity Analysis and Topology Optimization of Displacement-Loaded Nonlinear Structures, Computer Methods Applied Mechanics and Engineering, 192, pp.2539-2553. https://doi.org/10.1016/S0045-7825(03)00274-3
  5. Cho, S., Choi, J.Y. (2005) Efficient Topology Optimization of Thermo-Elasticity Problems Using Coupled Field Adjoint Sensitivity Analysis Method, Finite Element in Analysis and Design, 41, pp.1481-1495. https://doi.org/10.1016/j.finel.2005.05.003
  6. Haug, E.J., Choi, K.K., Komkov, V. (1986) Design Sensitivity Analysis of Structural Systems, Academic Press, New York.
  7. Lions, J.L. (1981) Some Methods in Mathematical Analysis of Systems and Their Control, Harwood Academin, p.572.
  8. Prager, W., Rozvany, G.I.N. (1977) Optimal Layout of Grillages, Mechanics Based Design of Structures and Machines, 5, pp.1-18. https://doi.org/10.1080/03601217708907301