• Proceedings of the Korean Society of Disaster Information Conference
• /
• 2022.10a
• /
• pp.396-397
• /
• 2022

본 논문에서는 등기하 해석법을 이용하여 선형 탄성문제에 대한 형상 최적설계 기법을 개발하였다. 실용적인 공학문제에 대한 많은 최적설계 문제에서는 초기의 데이터가 CAD 모델로부터 주어지는 경우가 많다. 그러나 대부분의 설계 최적화 도구들은 유한요소법에 기초하고 있기 때문에 설계자는 이에 앞서 CAD 데이터를 유한요소 데이터로 변환해야 한다. 이 변환과정에서 기하 모델의 근사화에 따른 수치적 오류가 발생하게 되고, 이는 응답 해석뿐만 아니라 설계민감도 해석에 있어서도 정확도 문제를 발생시킨다. 이러한 점에서 등기하 해석법은 형상 최적설계에 있어서 유망한 방법론중 하나가 될 수 있다. 등기하 해석법의 핵심은 해석에 사용되는 기저 함수와 기하 모델을 구성하는 함수가 정확히 일치한다는 것이다. 이러한 기하학적으로 정확한 모델은 설계민감도 해석 및 형상 최적설계에 있어서도 사용된다. 이로 인해 높은 정확도의 설계민감도를 얻을 수 있으며, 이는 설계구배 기반의 최적화에 있어서 매우 중요하게 작용한다. 수치 예제를 통하여 본 논문에서 제시된 등기하 해석 기반의 형상 최적설계 방법론이 타당함을 확인하였다. 본 논문에는 등기하 해석법을 이용하여 선형 탄성문제에 대한 형상 최적설계 하였다.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
• /
• v.20 no.3
• /
• pp.339-345
• /
• 2007

In this paper, a variational formulation for plane elasticity problems is derived based on an isogeometric approach. The isogeometric analysis is an emerging methodology such that the basis functions for response analysis are generated directly from NURBS (Non-Uniform Rational B-Splines) geometry. Furthermore, the solution space for the response analysis can be represented in terms of the same functions to represent the geometry, which enables to provide a precise construction method of finite element model to exactly represent geometry using B-spline base functions in CAD geometric modeling and analyze arbitrarily shaped structures without re-meshing. In this paper, a continuum-based adjoint sensitivity analysis method using the isogeometric approach is extensively derived for the plane elasticity problems. The conventional shape optimization using the finite element method has some difficulties in the parameterization of geometry In the isogeometric analysis, however, the geometric properties are already embedded in the B-spline basis functions and control points so that it has potential capability to overcome the aforementioned difficulties. Through some numerical examples, the developed isogeometric sensitivity analysis method is verified to show excellent agreement with finite difference sensitivity.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
• /
• 2009.04a
• /
• pp.63-66
• /
• 2009

본 논문에서는 트림영역이 있는 NURBS 평면을 등기하 해석할 수 있는 방법을 제시한다. 기존 등기하 해석법으로 트림 NURBS 곡면을 해석하기 위해서는 해석 도메인이 여러 개의 사각형 패치로 분할되어있어야 한다. 그러나 본 연구에서 제안한 방법은 CAD에서 제공하는 트림곡선의 정보를 해석에 직접 사용할 수 있기 때문에 CAD 모델을 별도로 재구성해야하는 번거로움이 없다. NURBS 곡선 투영법을 이용하여 트림되는 요소를 찾고, 트림된 요소는 쿼드트리 분할법과 NEFEM에서 사용된 적분방법을 동시에 고려하면 어떤 경우의 트림 요소라도 적분이 가능하다. 다양한 수치 예제를 통하여 제안한 해석 방법을 검증하고, 기존의 등기하해석법으로 해석하기 어려운 다수의 트림영역이 존재하는 NURBS 평면을 해석하여 본 방법의 유용성을 검토한다.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
• /
• v.21 no.3
• /
• pp.233-238
• /
• 2008

In this paper, a shape design optimization method for linearly elastic problems is developed using isogeometric approach. In many design optimization problems for practical engineering models, initial raw data usually come from a CAD modeler. Then, designers should convert the CAD data into finite element mesh data since most of conventional design optimization tools are based on finite element analysis. During this conversion, there are some numerical errors due to geometric approximation, which causes accuracy problems in response as well as design sensitivity analyses. As a remedy for this phenomenon, the isogeometric analysis method can be one of the promising approaches for the shape design optimization. The main idea of isogeometric approach is that the basis functions used in analysis is exactly the same as the ones representing the geometry. This geometrically exact model can be used in the shape sensitivity analysis and design optimization as well. Therefore the shape design sensitivity with high accuracy can be obtained, which is very essential for a gradient-based optimization. Through numerical examples, it is verified that the shape design optimization based on an isogeometic approach works well.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
• /
• 2009.04a
• /
• pp.412-415
• /
• 2009

본 논문에서는 등기하 해석법을 이용하여 설계 의존형 하중조건을 갖는 구조물에 대한 형상 최적설계 를 수행하였다. 유한요소 기반 형상 최적설계는 설계영역 매개화에 어려움이 있으나 등기하 해석법은 NURBS 기저 함수와 조정점을 이용함으로써 기하학적 표현이 용이하다는 장점을 가지고 있다. 기하학적으로 정확한 모델은 응답 및 설계민감도 해석에 사용되며, 설계구배 기반의 최적화에 있어서 중요한 역할을 한다. 하중조건이 설계영역의 변화에 따라 변하는 최적설계 문제에서 경계에서 설계민감도가 부정확한 경우, 설계공간에서 최적설계가 균일한 수렴성을 갖기 어렵다. 즉 유한요소법을 이용한 형상 최적설계에서 설계 의존형 하중조건을 갖는 문제를 푸는 경우, 최적설계를 진행할 때 변하는 경계의 부정확성 때문에 정확한 설계민감도를 얻기가 어려운 점이 있다. 본 논문에서는, 엄밀한 기하형상을 표현하는 등기하 설계민감도를 활용한 형상 최적설계 기법이 설계 의존형 하중조건을 갖는 문제에서 좋은 결과를 제시함을 확인하였다.

• Journal of Korean Association for Spatial Structures
• /
• v.12 no.2
• /
• pp.45-53
• /
• 2012

This paper derives Isogeometric analysis and post-processing method of surface that are generated by NURBS basis function for accurate geometric modeling and structure analysis of free-form. By deforming these parameters that are consisted of control points, knots, polynomial, variable geometric models are derived. The basis function that is used to Isogeometric analysis is same to the basis function of NURBS that is used to generate geometric models. For performing isogeometric analysis, h-p-k refinement is performed without changing of original geometry. To visualize the results of isogeometric analysis that control points' displacements, post-processing method that is the interface method between IGES format and Rhinoceros is derived.

• Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
• /
• 2010.04a
• /
• pp.512-515
• /
• 2010

본 논문에서는 등기하 해석법을 이용하여 설계의존형 하중조건을 갖는 구조물에 대한 형상 최적설계를 수행하였다. 유한요소법 기반 형상 최적설계는 CAD 모델과 해석 모델의 차이로 인해, 설계영역 매개변수화에 어려움이 있다. 등기하 해석법은 CAD 모델과 동일한 NURBS 기저 함수와 조정점을 해석에 이용함으로써 설계의 기하학적 변화를 해석모델에 직접적으로 표현할 수 있는 장점을 가진다. 하중조건이 설계 영역이 변화함에 따라 변하는 최적설계 문제의 경우, 정확한 설계 영역 표현은 법선 벡터, 즉 변화하는 하중의 방향과 곡률과 같은 고차항의 정보를 정확하게 표현할 수 있고, 따라서 목적함수를 최소 또는 최대화시키는 최적의 해로 이끌어 낸다. 유한요소법 또는 밀도법을 이용한 형상 최적설계에서 설계의존형 하중조건을 갖는 구조물의 문제를 푸는 경우, 최적설계가 진행됨에 있어 변화하는 경계의 부정확성 때문에 정확한 설계민감도를 얻기가 어려운 점이 있다. 본 논문에서는, 수치 예제를 통해 등기하 해석 기반의 형상 최적설계 방법론이 설계의존형 하중조건을 갖는 구조물 문제에서 수월성을 가짐을 확인하였다.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
• /
• v.24 no.1
• /
• pp.61-67
• /
• 2011

This study is concerned with the shape optimization of structural members frequently found in critical area in a structure system, that is, highly stressed zone. Isogeometry analysis is well known to be the very efficient way to integrate the geometric modeling(CAD) and computational analysis(CAE). This can be accomplished by directly using the geometric modeling by NURBS(Non-Uniform Rational Basis Spline). In this study, an efficient computer code adopting the isogeometry concept has been developed for the structural analysis, in which CAD information can be directly used in the finite element modeling. In order to show the validity of the present code, the present results are compared with those by using the commercial package, that is, MSC/NASTRAN. The present isogeometric analysis procedure has been integrated with the optimization procedure to deal with the optimization problem found in the context of structural mechanics. The present system has been successfully applied to the shape optimization of cantilever structure having bracket. From the present study, it can be seen the validity of the present approach and computer codes developed in this study. This paper ends with some discussions about the practical usefulness of the present approach which is based on isogeometry analysis, and extension of the present study.

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
• /
• v.24 no.1
• /
• pp.55-60
• /
• 2011

In the present work, isogeometric analysis in linear elasticity problem is conducted using the basis functions from NURBS. The objectives of isogeometric analysis introduced is to integrate both geometric modeling(CAD) and computational analysis(CAE), and this can be accomplished from direct usage of geometric modeling by NURBS as the computational mesh. The merit of the isogeometry analysis is that NURBS surface are able to represent exact geometry from the control points and knot vectors, and also subsequent refinement is relatively simple relatively. In order to verify the computer codes developed in this study, it has been applied to two structural models of which geometry are simple ; 1) circular cylinder subjected to the constant internal pressure loading, 2) square plate with circular hole at center subjected to uniform tension. The exact solutions of these two models are available. Convergence of the approximate solutions by the present code for the isogeometry analysis are investigated by mesh refinement with inserting knots (h-refinement) and by mesh refinement with order elevation of the basis functions (p-refinement).

• Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
• /
• v.31 no.5
• /
• pp.275-282
• /
• 2018

Using isogeometric analysis(IGA) gives more accurate results for higher order mode in eigenvalue problem than using the finite element method(FEM). This is because the FEM has $C^0$ continuity between elements, whereas IGA guarantee $C^{P-1}$ between elements for p-th order basis functions. In this paper, a mode based reduced model is constructed by using IGA and dynamic behavior analysis is performed using this advantage. Craig-Bampton(CB) method is applied to construct the reduced model. Several numerical examples were performed to compare the eigenvalue analysis results for various order of element basis function by applying the IGA and FEM to simple rod analysis. We have confirmed that numerical error increases in the higher order mode as the continuity between elements decreases in the IGA by allowing internal knots multiplicity. The accuracy of the solution can be improved by using the IGA with high inter-element continuity when high-frequency external force acts on the reduced model for dynamic behavior analysis.