• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2009년도 정기 학술대회
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• pp.101-104
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• 2009

최적설계는 설계자가 요구하는 제한조건을 만족시키는 범위에서 목적함수가 최소가 되는 설계점을 찾는 방법이다. 그러나 기존의 최적설계는 불확실성의 영향을 고려하지 않아 최적해가 제한조건의 경계에 위치하고 이것은 모델링과정이나 가공 등으로 인한 오차에 대한 영향을 고려하지 않는 문제점이 있다. 신뢰성 기반 최적설계는 불확실성을 정량화하면서 신뢰도를 계산하는 신뢰도 해석과정과 최적설계과정을 포함한다. 일반적으로 신뢰성 해석은 크게 추출법, 급속 확률 적분법, 모멘트 기반 신뢰성해석이 있다. 가장 널리 사용되는 급속 확률 적분법 중 최대 손상 가능점(MPP) 방법은 많은 MPP점이 존재하는 경우 수치적 비용이 증가하는 문제점과 표준 정규분포 공간으로 변환하는 과정에서 제한조건의 비선형성을 증가시켜 큰 오차를 발생시키는 문제점이 있다. 본 논문에서는 RBDO를 수행하기에 앞서 선행되어야 할 신뢰성해석 방법으로 곱분해기법을 사용하였고 이로부터 민감도 정보를 유도하여 기울기 기반 최적화 알고리즘을 적용하였다.

• 대한토목학회논문집
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• 제30권3A호
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• pp.193-200
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• 2010

구조물을 설계함에 있어서 작용하중, 재료특성 및 제작오차 등의 불확실성을 고려하여 안전성을 확보함과 동시에 경제적 효율성을 고려해야 한다. 이에 대한 가장 합리적인 해결방안으로서, 불확실성과 경제성을 동시에 고려하는 시스템 신뢰도 기반 최적설계 분야에 대한 관심이 증대되었으며 이를 구조물 설계에 적용하기 위한 많은 시도가 이루어졌다. 기존의 확정론적 최적설계와는 다르게 시스템 신뢰도 기반 최적설계는 요소 확률구속조건 및 시스템 확률구속조건에 대한 평가를 수행해야 한다. 하지만, 요소 신뢰도 지수 및 시스템 신뢰도 지수를 매 확률구속조건을 평가할 때마다 산정해야 하므로 대형구조해석이 필요한 경우에는 과도한 계산시간이 요구된다. 따라서, 대형구조해석을 필요로 하는 경우에 대하여 보다 효율적인 SRBDO 알고리즘 개발이 필요하다고 할 수 있다. 이 연구에서는 성능치 접근법을 이용하여 보다 더 안정적이고 효율적인 시스템 신뢰도 기반 최적설계 알고리즘을 제안하였다. 신뢰도 기반 최적설계에 효과적으로 적용된 성능치 접근법은 직접적으로 신뢰도 지수 및 파괴확률을 산정할 수 없어 시스템 신뢰도 기반 최적설계에는 적용할 수 없는 단점이 있다. 이러한 단점을 극복하기 위해서 시스템 신뢰도 기반 최적설계 알고리즘을 요소 신뢰도 해석만을 수행하는 신뢰도 기반 최적설계 부분과 시스템 신뢰도 해석만을 수행하는 신뢰도 기반 최적설계 부분으로 나누어, 요소 신뢰도 해석만을 수행하는 신뢰도 기반 최적설계에 성능치 접근법을 적용하였다. 시스템 신뢰도 지수가 목표 시스템 신뢰도 지수를 만족할 때까지 각 요소 한계상태에 대한 목표 신뢰도 지수를 변경하면서 신뢰도 기반 최적설계를 수행하였다. 수학적 문제 및 트러스 문제에 대하여 제안된 방법을 적용한 결과, 수렴성 및 효율성 측면에서 우수한 성능을 보여줌을 확인하였다.

• 한국도로학회논문집
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• 제5권1호
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• pp.1-10
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• 2003

도로포장 설계의 목적은 다른 토목구조물의 설계와 마찬가지로 정해진 신뢰성 수준에서 가장 경제적인 설계를 얻는데 있다 할 것이다. 미국과 유럽의 선진국가들의 설계법들은 전혀 상이한 신뢰성 수준을 갖는 설계결과들을 생산하는 설계법을 지양해가면서 세월을 두고 변천하여 균등한 신뢰성 수준을 보장할 수 있는 LRFD양식을 채용하는 방향으로 발전되었다. 현재, LRFD 양식은 콘크리트 구조, 목구조, 강구조 및 교량설계기준에 적용되어 있다 본 논문에서 저자는 역학-경험적 포장설계법에 적용될 신뢰성 모듈의 한 대안으로 신뢰성이론을 사용하여 LRFD 양식을 개발하고자 하는 과정을 예시하였다. AASHTO 86설계법에 따라 동일한 신뢰성 수준을 갖도록 설계된 10개의 포장단면이 피로균열과 같은 역학적 포장손상 측면에서 볼 때 균등한 구조적 신뢰성을 보여주지 못하며 LRFD 양식을 사용함으로서 그러한 균등한 신뢰성을 확보할 수 있다는 사실이 본 논문을 통해 예시되고 있다.

• 한국항공우주학회지
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• 제36권5호
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• pp.438-447
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• 2008

본 논문에서는 이동최소자승법을 이용한 근사모델을 사용하여 신뢰성 최적설계를 수행하였다. 신뢰성 최적설계의 수행을 위한 반응표면 생성에는 RSM 과 Kriging이 사용될 수 있다. RSM은 계산시간은 빠르나 비선형성이 강한 문제에 약하며 Kriging은 비선형성이 강한 문제에 적용할 수 있으나 계산시간이 오래 걸리는 단점이 있다. 이 두 방법을 보완한 방법인 이동최소자승법(MLSM)을 이용하여 신뢰성 최적설계를 위한 반응표면을 생성하였다. 이동최소자승법을 이용한 신뢰성 최적설계기법은 Rosenbrock function 과 six-hump carmel back function으로 검증하였고 다른 기법과 비교하였다. 이동최소자승법을 이용하여 무인항공기 배기 덕트의 신뢰성 최적설계를 수행하였고 이는 항공우주구조물의 최적설계에 유용할 것으로 보여 진다.

• 한국해안·해양공학회논문집
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• 제20권4호
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• pp.355-362
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• 2008

경사식 방파제에서 파랑과 구조물의 상호작용에 의하여 발생되는 처오름을 확률론적으로 해석할 수 있는 Level II AFDA 신뢰성 모형이 제안되었다. Level III MCS 모형을 함께 적용하여 본 연구에서 제안된 모형이 만족스럽게 검증되었다. 또한 목표파괴확률과 각 확률변수들의 통계적 특성 그리고 영향계수를 이용하는 역해석 기법을 적용하여 처오름과 관련된 각 확률변수들의 부분안전계수를 산정할 수 있었다. 특히 Level I 신뢰성 설계법을 쉽게 적용할 수 있도록 처오름의 설계기준식을 현행의 결정론적 설계법과 동일한 형태로 유도하였다. 마지막으로 본 연구에서 제시된 부분안전계수를 이용하여 Level I 신뢰성 설계법으로 재 설계한 결과가 CEM(2006) 및 Level II 신뢰성 설계법의 결과와 만족스럽게 비교되었다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제22권4호
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• pp.299-306
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• 2009

최적설계는 설계자가 요구하는 제한조건을 만족시키는 범위에서 목적함수가 최소가 되는 설계점을 찾는 방법이다. 그러나 기존의 최적설계는 설계변수의 불확실성을 고려하지 않아 최적해가 제한조건의 경계에 위치하고, 이것은 모델링과정이나 가공 등으로 인한 오차의 영향을 고려하지 않는 문제점이 있다. 신뢰성 기반 최적설계는 불확실성을 정량화하면서 신뢰도를 계산하는 신뢰도 해석과정과 최적설계 과정을 포함한다. 일반적으로 신뢰성 해석은 크게 추출법, 급속 확률 적분법, 모멘트 기반 신뢰성 해석이 있다. 가장 널리 사용되는 급속 확률 적분법 중 최대 손상 가능점(MPP) 방법은 많은 MPP점이 존재하는 경우 수치적 비용이 증가하는 문제점과 표준 정규분포 공간으로 변환하는 과정에서 제한조건의 비선형성을 증가시켜 큰 오차를 발생시키는 문제점이 있다. 본 논문에서는 RBDO를 수행하기에 앞서 선행되어야 할 신뢰성 해석 방법으로 곱분해기법을 사용하였고, 이로부터 민감도 정보를 유도하여 기울기 기반 최적화 알고리즘을 적용하였다.

• 한국구조물진단유지관리공학회 논문집
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• 제12권4호
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• pp.133-140
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• 2008

콘크리트 구조물에 대한 설계법이 현재의 한계상태 설계법에서 성능기반 설계법으로 전환되고 있는 추세이며, 이에 대한 연구가 미국, 유럽 및 일본 등에서 이루어지고 있다. 성능기반 설계법은 현행의 설계규준에서의 많은 불확실성(uncertainty)을 합리적으로 고려함으로서, 구조물이 일정한 신뢰성과 안전성을 확보하도록 하기 위한 연구로서, 신뢰도 높은 비선형 해석기술의 확보와 함께 이를 직접 설계에 적용하기 위한 방안에 대한 연구가 필요하다. 이 연구에서는 저자 등에 의하여 개발된 비선형 유한요소 해석 프로그램(RCAHEST)을 신뢰성 있는 철근콘크리트 기둥 실험체 적용하여 그 적용성과 타당성을 검증하였고, 신뢰성 이론을 바탕으로 파괴에 대한 목표 신뢰지수를 확보할 수 있도록 하는, 비선형 유한요소해석으로부터의 해석결과에 적용할 안전계수를 산정하여 현행의 설계 기준등과의 비교 분석을 수행하였다.

• 한국지반공학회:학술대회논문집
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• 한국지반공학회 2009년도 춘계 학술발표회
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• pp.759-767
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• 2009

대규모 연약지반개량 설계는 압밀영향인자의 불확실성으로 대부분 신뢰성해석을 도입하여 설계를 수행하는 추세이다. 신뢰성해석은 이론습득의 어려움으로 인하여 실무 기술자들에게 범용되지 못하고 있다. Duncan(2000)이 제안한 간편하고 유용하게 사용할 수 있는 신뢰성해석 간편법과 전통적인 신뢰성해석법의 해석결과를 비교하여 간편법의 적용성을 평가하였다. 민감도분석에서는 동일한 경향을 보였으나, 파괴확률은 약 20~50%의 오차를 보이고 확률변수의 확률분포에 따른 적용성이 떨어지는 것으로 평가되었다. 신뢰성해석 간편법은 개략설계시 결정론적해석과 상호 보완적으로 적용한다면 최적설계가 이루어질 수 있을 것으로 사료된다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2009년도 정기 학술대회
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• pp.97-100
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• 2009

신뢰성 분석은 불확실성으로 인한 제품의 성능 변동을 안전확률이나 파괴확률로 정량화 하여 설계에 이용하기 위해 연구되어 왔다. 불확실성은, 데이터의 양에 따라-물질의 본질적인 특성으로서의 많은 데이터가 주어진 경우의 물리적 불확실성과 부족한 데이터에서의 인식론적 불확실성으로 구분되고, 불확실성을 갖는 대상에 따라-입력변수 및 근사모델 불확실성으로 구분된다. 물리적 불확실성에 대한 연구는 많이 진행되어 왔지만, 실제 산업현장에는 부족한 데이터로 인한 인식론적 불확실성이 지배적이며 이에 대한 연구는 최근에서야 진행되고 있다. 불확실성을 고려하는 신뢰성 기반 설계에는 효율성을 위해 실제모델을 대체하는 근사모델이 이용되는데, 근사모델법 자체에 대한 연구는 많이 진행되어 왔으나, 근사모델 이기 때문에 존재하는 불확실성을 고려한 연구는 최근에서야 연구되기 시작하였다. 본 연구에서는 베이지안 접근법에 기반하여 입력변수 및 근사모델 불확실성을 통합 고려하는 새로운 신뢰성 분석 기법을 제시하고 수치예제를 통해 타당성을 증명한 후, 이를 공학문제에 적용한다.

• 한국해양공학회지
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• 제3권2호
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• pp.145-157
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• 1989

본 논문의 주목적은 불연속 또는 연속계 구조물의 시스템 신뢰성해석(system reliability analysis)을 위한 보다 일반적인 방법을 소개하는데 있다. 본 논문에서는, 확대하중증분법(extended incremental load method)이라고 불리우는데, 지금까지의 신뢰성 해석법 중 종래의 하중증분법이 갖는 단점을 보완하고, 여러 형태의 하중이 작용하는 구조물에 대해, 부재의 파괴후 거동(post-ultimate behaviour)을 다른 방법보다 더 실제적으로 고려할 수 있는 장점을 갖도록 개발한 것이다. 본 방법의 또 하나의 장점은 구조설계시 사용하는 강도공식(strength formula) 을 시스템 신뢰성 해석에서 직접 이용할 수 있다는 점이다. 이 방법은 부유식 해양구조물 같은 연속계 구조물의 시스템 신뢰성 해석을 위해 개발되었는데, 이 논문에서는 실제 구조물은 다루지 않고, 방법의 정당성과 아울러 수정된 안전여유식의 적용가능성을 보여주는 것에 중점을 두었다. 본 논문의 부유식 해양구조물들에 적용한 결과는 후일 발표할 예정이다.