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

Computational Structural Engineering Institute of Korea (한국전산구조공학회)
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Optimal Shape Design of Space Truss Structure using Topology Optimization and Cellular Automata Model

위상최적화와 Cellular Automata 모델을 이용한 대공간 트러스 구조물의 최적형태 설계

  • Received : 2011.10.04
  • Accepted : 2012.01.06
  • Published : 2012.02.29
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Abstract

It is important to design the optimal shape in the initial process because the influences on the design and construction are large according to the shape and pattern of spatial structures. However, the existing optimal shape designs for spatial structure are performed by the designer's intuition and experiences. Therefore, this study proposes the integrated process using the topology optimization and cellular automata model. First, the initial optimal shapes are obtained by using the topology optimization, and then the spatial truss structural patterns are created through the application of cellular automata rules. Finally, the optimal shapes to satisfy the various design conditions are generated by the structural analysis and size optimization.

대공간 구조물은 형태에 따라 구조물의 설계와 시공에 미치는 영향이 크기 때문에 초기 단계에서의 최적형태 설계가 중요하다. 그러나 기존의 대공간 구조물의 최적형태 설계는 구조엔지니어의 직관이나 경험을 바탕으로 수행되어 왔다. 따라서 본 연구에서는 대공간 트러스 구조물의 체계적인 최적형태 설계를 위해 위상최적화 기법과 Cellular Automata 모델을 이용한 통합프로세서를 제안하고자 한다. 먼저 위상최적화 기법을 이용하여 구조물의 초기 최적형상을 찾고, 다음 단계로 Cellular Automata 규칙에 의해 생성된 구조패턴을 적용하여 대공간 트러스 구조형태를 생성한다. 최종적으로 구조해석을 실시하고 크기최적화를 적용함으로써 설계조건을 만족하는 최적형태를 제안하고자 한다.

Keywords

References

  1. Bendsoe, M.P. (1995) Optimization of Structural Topology, Shape and Material, Springer, Berlin, Germany.
  2. Bendsoe, M.P., Kikuchi N. (1988) Generating Optimal Topologies in Structural Design Using a Homogenization Method, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 71, pp.197-224. https://doi.org/10.1016/0045-7825(88)90086-2
  3. J. von Neumann (1966) The Theory of Self Reproducing Automata, A. Burks(ed.), Univ. of Illinois Press, pp.151.
  4. Vanderplaats (2001) Research & Development, Inc, Design Optimization Tools.
  5. 이동규, 신수미 (2006) 개구부의 형태에 따른 유공보의 위상최적화, 대한건축학회 논문집, 22(5), pp.105-112.
  6. 김홍건, 양성모, 노홍길, 나석찬, 유기현, 조남익 (2003) 2차원 구조물의 최적형상설계에 관한 연구, 한국생산제조시스템학회논문집, 12(2), pp.9-16.
  7. 김호수, 박영신, 양명규 (2010) 구조물의 형태 생성과 Morphogenesis기법, 한국공간구조학회 학술기사, pp.11-15.
  8. 남태희 (2008) 셀룰라 오토마타의 원리 분석과 에지 추출 검증, 한국컴퓨터산업교육학회 논문집, 9(1), pp.29-38.
  9. 정기태, 이제상, 장동훈, 성재철, 이상진 (2004) 셀룰러 오토마타 기반 해쉬 함수 분석, 한국정보보호학회 논문집, 14(6), pp.111-123.
  10. 김호수, 박영신, 양명규, 이민호, 김재윤 (2010) 밀도법을 이용한 스페이스 트러스 구조물의 초기형상 설계, 한국공간구조학회 논문집, 10(4), pp.59-66.
  11. 이은형, 박재균 (2009) 위상과 형상최적화 기법을 사용한 FRP 교량 바닥판의 설계, 한국전산구조공학회 논문집, 22(5), pp.501-507.
  12. 이동규, 신수미, 박성수 (2007) SIMP를 이용한 구조물의 재료 위상 최적설계, 한국전산구조공학회 논문집, 20(1), pp.19-28.