• 한국산학기술학회논문지
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• 제10권9호
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• pp.2179-2182
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• 2009

최근, 광학기계시스템에 새로운 구조 모델은 저비용, 고성능 및 품질의 개념설계에서 출발해야 할 필요성이 있다. 이런 관점에서, 기계적 구조의 개념설계와 연관된 구조적-위상적 형상은 구조적 강성과 감량과 같은 시스템 성능에 큰 영향을 끼친다. 본 연구에서는, 최적설계방법이 대구경 구조물의 설계단계에 제시되었다. 먼저, 위상 최적화법을 이용하여 구조물의 최적 배열과 보강방안을 얻었고, 사이즈 최적화와 다분야 최적기법을 사용한 세부 설계를 수행하였다. 그 일례로, 이 방법들을 대구경 구조물 설계에 적용하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제27권1호
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• pp.1-8
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• 2014

레벨셋 기법과 무요소법을 결합한 위상 및 형상 최적설계 기법을 개발하여 선형 탄성문제에 적용하였다. 설계민감도는 애드조인트법을 사용하여 효율적으로 구하였다. 해밀턴-자코비 방정식을 업-윈드 기법을 이용하여 수치적으로 풀었으며, 구조물의 경계는 레벨셋 함수를 이용하여 암시적으로 표현하였다. 구조물의 응답과 설계민감도를 얻기 위하여 암시적 함수를 사용하여 명시적 경계를 생성하였다. 재생 커널 기법에 기초하여 얻어진 전역 절점 기저함수를 사용하여 연속체 지배방정식의 변위장을 이산화하였다. 따라서 질점들을 연속체 영역의 어느 곳이든 위치시킬 수 있으며, 이는 통해 명시적 경계를 생성하는 것이 가능하며, 결과적으로 정확한 설계를 얻을 수 있다. 개발된 방법은 제한 조건이 있는 최적설계 문제에 대하여 라그랑지안 범함수를 정의한다. 이는 경계의 변화를 통하여 허용 부피 제한조건을 만족시키면서 컴플라이언스를 최소화한다. 최적설계 과정 동안 라그랑지안 범함수의 최적화조건을 만족시킴으로써 해밀턴-자코비 방정식을 풀기 위한 속도장을 얻는다. 기존의 형상 최적설계 기법에 비하여, 본 방법론은 위상과 형상의 변화를 쉽게 얻어낼 수 있다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2005년도 춘계학술대회논문집
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• pp.120-123
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• 2005

A dynamic system identification technique based on the topology optimization method is developed. The specific problem in consideration is the damage location identification of a plate structure using the Frequency Response Function (FRF) of a damaged structure. In this work, the identification problem is formulated as a topology optimization problem. The importance of using anti-resonance information in addition to using resonance information is addressed. Though a simple problem was considered here, the possibility of using the topology optimization for damage identification is investigated lot the first time.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제27권2호
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• pp.63-70
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• 2014

본 논문에서는 압전 수정진동자의 설계민감도 해석 및 위상 최적설계 기법을 개발하였다. 압전 수정진동자는 가해지는 전하에 의해 두께방향 전단 변형하게 되거나, 혹은 그 반대방향으로 기계 변형에 의해 전기적 신호를 검출하게 된다. 엄밀한 두께방향 전단해석을 위해 두께방향으로 고차 보간을 하는 고차 민들린(Mindlin) 판 이론을 도입하였다. 압전 수정진동자에서 수정판은 부도체이기 때문에 전기적 신호를 검출하거나 전기적 신호에 의해 수정판을 기계적으로 진동시키기 위해 수정판의 상/하 표면에 얇은 전극경을 도포한다. 비록 전극경이 매우 얇기는 하지만 그 무게와 형상에 따라 진동자의 거동이 달라지기 때문에, 설계민감도 해석 및 위상 최적설계를 위한 설계변수는 전극경의 질량 밀도와 관계된다. 따라서 위상 최적설계 문제는 두께방향 전단 변형에너지를 최대화하는 최적의 전극경 분포를 구하도록 구성한다. 또한 보다 의미있는 설계안을 얻기 위해 전극경의 재료량과 면적에 제약조건을 부여한다. 두께방향 전단 주파수(고유치)와 상응하는 모드형상(고유벡터)에 대한 설계구배는 고유벡터 확장법을 이용한 해석적 설계민감도 해석법을 통해 매우 효율적이고 정확하게 계산될 수 있다. 수치예제를 통해 제안된 해석적 설계민감도가 유한차분 설계민감도와 비교하여 매우 효율적이고 정확하게 계산됨을 확인하였다. 또한 위상 최적설계를 통해 도출된 최적 전극경 설계가 모드형상과 두께방향 전단 변형에너지를 개선시킴을 확인하였다.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제28권1호
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• pp.9-18
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• 2015

본 논문에서는 애조인 설계민감도(DSA)를 사용하여 평형상태의 열전도문제에서 수치적으로 얻어진 위상 최적설계를 실험적으로 검증하였다. 애조인 변수법을 이용하면 해석에서 사용되었던 행렬시스템을 애조인 문제를 풀 때 그대로 활용가능하기 때문에 설계민감도를 얻는데 필요한 계산을 매우 효율적으로 수행할 수 있다. 위상 최적설계를 위해서 설계변수는 정규화된 재료밀도 함수로 정하였다. 목적함수는 구조물의 열 컴플라이언스이고 제한조건은 허용 가능한 재료량이다. 또한 열화상카메라를 활용하여 이러한 위상 최적설계로 얻어진 수치적 결과를 부피가 동일하도록 직관적으로 설계된 디자인과 비교하여 실험적으로 검증하였다. 위상 최적설계로 얻어진 결과를 실제로 제작하기 위해 간단한 수치기법을 통해 점 정보로 변환한 후 역설계 상용프로그램을 이용하여 CAD 모델링을 수행한다. 이를 바탕으로 위상 최적설계 결과를 CNC(Computerized Numerically Controlled machine tools) 선반으로 제작하였다.

• 전산구조공학
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• 제29권3호
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• pp.10-16
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• 2016

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제22권5호
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• pp.501-507
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• 2009

FRP(섬유강화 복합재료)를 교량의 바닥판으로 설계하기 위하여 위상최적화와 형상최적화 기법을 사용하여 이론적 최적단면을 제안하였다. 먼저 위상최적화를 통하여 바닥판의 최적 단면모양을 찾아 내었다. 그 결과, 단순보에서 중앙 집중하중의 경우 가장 이상적인 구조는 트러스 형태의 골조구조임을 알 수 있었다. 또한 수평부재와 경사부재가 만나는 절점에서 보강재를 볼 수 있었고, 이는 기존 상업용 FRP바닥판에 적용되지 않았기 때문에 새로운 설계변수로 사용하였다. 두 번째로 유전자 알고리즘을 이용한 형상최적화를 통하여 위상최적화 결과의 최적 규격을 찾고자 하였다. 기존 상용제품들과 비교를 위하여 바닥판의 높이를 제한하여 최적화를 수행하였다. 본 논문에서 제안한 바닥판의 성능을 검토하기 위해 유한요소해석을 수행하였다. 사용성 및 안전성을 검토한 결과, 기존 연구에서 제안한 설계 기준안을 만족하는 것을 확인하였다.

• 한국지반환경공학회 논문집
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• 제20권1호
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• pp.43-49
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• 2019

본 논문에서는 쏘일네일 설계에 위상최적화 기법을 도입하여 비탈면 높이별로 필요로 하는 보강력을 최적화하였다. 최대 비탈면 높이에서의 최적설계 결과를 보강형상밀도화하여 비탈면의 높이 변화에 따라 적용 시 쏘일네일의 수평간격의 위상최적화가 가능하였다. 단계별로 비탈면 높이를 달리하여 한계평형해석을 수행하고 쏘일네일의 수평간격이 고정값일 때 초과되는 안전율을 확인하였다. 비탈면 높이에 따른 필요 보강력을 밀도화 함으로써 최적화의 과정을 효율적으로 수행할 수 있었다. 또한 쏘일네일의 축력을 보강형상밀도에 반영하기 위하여 유한요소법을 이용하여 부재력을 반영하였다. 보강형상밀도를 산정하여 비탈면 높이별로 위상최적기법을 적용 시 비탈면 높이마다 기준안전율을 만족하는 반복적인 재해석과정을 효과적으로 감소시킬 수 있어 수평간격을 위상 최적화하는 방법이 경제적인 설계에 활용도가 높을 것으로 판단된다.

• 한국전산구조공학회:학술대회논문집
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• 한국전산구조공학회 2010년도 정기 학술대회
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• pp.578-583
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• 2010

본 연구는 전통적인 형상탐색 기법중의 하나인 내력밀도법을 건축구조물의 통합설계최적화 과정에 도입하고 이와 관련된 이론적 배경과 수치해석 결과를 기술하였다. 통합설계최적화 기법은 크기최적화, 형상최적화 그리고 위상최적화와 같이 다양한 개별최적화 기법을 이용하게 되는데 본 연구에서는 구조물의 형상을 결정하는 단계에서 내력밀도법을 이용하였다. 특히 본 연구에서는 내력밀도법과 다른 개별최적화기법과의 연계성에 대하여 기술하고 아치형 트러스 구조물의 통합설계최적화를 수행하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제35권2호
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• pp.213-221
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• 2011

알루미늄 재질의 도시철도차량 차체의 경량화를 위해 이중 판재구조로 이루어진 철도차량용 알루미늄 압출재의 최적설계를 수행하였다. 위상최적설계 기법을 이용하여 알루미늄 차체에서 가장 큰 중량을 차지하는 하부 프레임 베이스 플레이트의 경량화된 위상을 도출하였고, 이를 기반으로 압출재 부재별 치수 최적화를 수행하였다. 하부 프레임 다음으로 큰 중량을 차지하는 측면 프레임 압출재에 대해서는 치수 최적화를 통하여 경량설계를 수행하였다. 최적설계안과 현재 설계의 최대발생응력과 최대 변형량을 비교하여 최적설계결과의 타당성을 검증하였다. 이 과정을 통하여 언더프레임과 사이드프레임의 중량을 현재보다 평균 12% 줄일 수 있었고, 차체 전체로는 8.5%의 경량화 효과를 얻었다.