본 연구에서는 위상최적화 알고리즘의 수렴성을 개선하기 위해 설계영역에 초기 구멍을 도입하는 방법을 제시하는데, 이것은 경계면에 기초한 최적화 방법의 느린 수렴성을 완화하기 위해, Eschenauer et al.에 의해 고안된 버블 방법의 설계영역 안에 구멍을 도입하는 개념과 연계된다. 버블 방법과 달리, 제안된 방법에서는 최적화 과정동안 구멍의 위치를 정의하는 특성함수를 이용하지 않고, 최적화 초기화 단계에서만 초기 구멍을 도입하는데, 이러한 초기 설계영역 안의 솔리드와 보이드 영역들은 고정되는 것이 아니라 합쳐지거나 쪼개지면서 변화된다. 따라서 위상최적화 알고리즘에서 구멍의 이동에 관련된 복잡한 수치적인 계산 없이 자동적으로 설계변수의 유한변화를 더욱 강화시키기 때문에 목적함수 값의 수렴성을 개선할 수 있다. 본 논문에서는 다양한 치수와 형상의 구멍을 포함하는 초기 설계영역을 가지는 Michell형 보의 위상 최적설계를 밀도분포법으로 불리는 SIMP를 이용하여 수행하였다. 이를 통해 위상최적화의 수렴성을 개선하고 최적위상과 형상에 영향을 미치는 초기 구멍의 효과를 검증하였다.
이산화 된 구조물의 위상최적화 과정은 균일하게 분포된 재료 밀도의 위상으로 표현되는 초기 설계영역을 시발점으로 한다. 최적화 과정 동안 구조물의 위상은 고정된 설계영역 내에 주어진 최적화 문제를 만족시키는 방향으로 변화하면서, 최종적으로 최적 위상의 재료 밀도 분포를 생산한다. Eschenauer et al.에 의해 제안되었던 설계영역 안에 구멍을 도입하는 개념은 원래 경계면의 최적화 문제에 대해 설계변수의 유한적인 변화를 촉진시켜 최적화의 수렴성 개선을 도모하기 위함이었으나, 위상최적화의 관점에서는 초기 위상의 정의에 따라 다양한 최적 위상이 생산되는 것을 의미한다. 본 연구에서는 초기 설계영역 안에 국소적인 솔리드 상을 도입해 초기 위상에 변화를 주었을 때, 한정된 재료 하에 구조물에 배치 가능한 다양한 최적 위상을 산출할 수 있음을 검증하였다. 수치 예제로서 초기 설계영역 내에 다양한 치수를 가지는 국부적인 원형 솔리드의 고정된 개수를 투입하여 간단한 MBB-보의 위상최적 설계를 수행하였다.
본 논문에서는 랜덤초기화 방법을 사용하여 초기 코드북을 생성하고, 이를 이용하여 초기 반복학습 시 수렴영역을 벗어난 2 이상의 가중치에 의한 K-means 알고리즘을 제안한다. 기존의 K-means 알고리즘이 국부적으로 최적화되고 초기 반복학습 시에 가중치의 영향이 크다는 점을 이용하여, 제안된 방법에서는 초기 반복학습 시의 가중치를 수렴영역에서 벗어난 큰 값으로 주고 이후 반복학습시의 가증치는 수렴영역 안에 있는 값으로 고정하여 코드북을 설계한다. 또한 초기 코드북을 얻기 위해 Splitting 방법과 같은 추가적인 과정 없이 랜덤한 방법에 의한 초기 코드북을 적용함으로써 제안된 알고리즘이 단순한 구조를 가지며, 구해진 코드북의 성능도 우수함을 확인할 수 있었다.
본 논문에서는 경사진 의사결정 트리(oblique decision tree)에 의해 몇 개의 영역으로 분할된 입력공간(input space)에서 우수한 성능을 발휘할 수 있도록 유전적 프로그래밍 트리들(genetic programming trees)과 연합된 다중 인공신경망 시스템을 개발하였다. 다중 인공신경망인 지역 에이전트들(local agents)은 불할된 영역을 책임지며, 유전적 프로그래밍 트리들로 구성된 경계 에이전트들 (boundary agents)은 불할된 영역의 경계부분만을 담당하게 된다. 본 연방 에이전트 시스템을 이용하여 설계 초기단계의 정보 제한성을 극복하고, 선박 초기설계 단계에서 선박 중앙부 형상설계를 수행하여 범용 설계 시스템으로서의 유용성을 검증하였다.
현대에 이르러 초음속 운영 영역에서의 항공기에 대한 많은 연구가 진행되고 있으나, 음속 폭음 현상과 충격파 현상에서 야기된 높은 항력 및 연료 효율성 저하로 인하여 그 한계에 부딪치고 있다. Busemann 복엽 익형은 이와 같은 문제를 해결하기 위한 형상이며, 상하 형상에 의한 파동 상쇄효과 및 파동 감소효과를 통해 충격파의 강도와 음속 폭음 효과를 감소시키는 형상이다. 하지만 본 익형은 탈설계 조건에서 항력 계수가 급격하게 증가하는 등의 문제점을 가지고 있다. 본 연구에서는 EDISON_CFD를 이용하여 Busemann 복엽 익형의 주변 유동 특성에 대하여 면밀한 고찰을 수행하였다. 우선 Busemann 복엽 익형의 초기 형상에 대한 유동 조건별 해석을 통하여 탈설계 조건에서의 항력 성능 저하 문제에 대한 고찰을 하였다. 이후 3개의 형상 변수에 대한 매개 변수 연구를 통하여 익형의 각 형상 변수가 탈설계 영역 및 해당 영역에서의 최대 항력 계수에 미치는 영향에 대한 고찰을 수행하였으며, 이를 통하여 기존 형상보다 좁은 탈설계 구간을 가지고, 최대 항력 계수가 약 34.8% 감소한 부스만 복엽 익형을 설계하였다.
본 연구는 스페이스 트러스 구조물의 초기 형상을 결정하기 위해 밀도법을 이용한 위상최적화 기술을 고려하고자 한다. 대부분의 초기 형상설계는 다양한 최적화 방법을 활용하지 않고 설계자의 경험이나 시행착오적인 방법을 바탕으로 수행되고 있다. 이런 이유로 합리적이고 경제적인 최적화기술이 초기 형상설계에 도입되어야 한다. 따라서 본 연구에서는 스페이스 트러스 구조물을 대상으로 설계영역을 설정하고 위상최적화를 수행하여 최적의 재료분포를 찾은 뒤 크기최적화를 이용하여 최적부재 크기를 찾고자 한다. 이와 같이 밀도법을 이용한 위상 및 크기최적화를 병행하여 수행할 경우 합리적인 스페이스 트러스 구조물의 초기 형상을 도출할 수 있다.
액체금속로의 소듐-물 반응사고에 따른 압력거동 분석을 위하여 한국원자력연구소 KALIMER 개발팀이 개발한 SPIKE코드의 해석 모형 및 알고리즘을 소개하였으며 검증 계산 결과를 제시하였다. KALIMER IHTS의 소듐-물 반응사고로 인한 계통내 압력 거동을 분석하였다. 소듐-물 반응사고의 초기는 압력파 전달과 질량 전달 영역으로 구성됨을 확인하였다. 압력파 전달 영역에서의 압력 거동은 계통의 설계 특성과 무관하나 질량 전달 영역에서는 Cover gas 체적과 파열판 파열 압력에 크게 의존함을 확인하였다. KALIMER IHTS의 초기 소듐-물반응사고 해석 결과는 적절한 Cover gas체적과 파열판 압력 설정을 통해 압력 진동이 설계 압력 범위로 조절할 수 있음을 확인하였다.
가시광선 영역의 고분해능 3반사 망원경 광학계 설계를 위하여, 광학계의 기구적 제한사항을 만족함과 동시에 Flat Field Anastigmat 조건을 만족하는 해를 구하는 초기설계 기법이 제시되었으며, 이를 기초로 프로그램을 작성하여 F/14.5, 구경 600 mm, 시야 0.27.deg. * 1.3.deg.의 3반사 망원경광학계의 초기설계를 수행하였다. 초기 설계된 광학계의 최적화를 위하여 Code V를 사용하였으며, 그 결과로서 CCD의 모서리 부분 Field를 제외한 모든 Field에서 Nyquist Frequency에서의 MTF값이 0.5이상이었다.
본 연구는 일개 대학에서 e-Learning 수업을 듣고 있는 간호학과 학생 239명을 대상으로 학습전이 인식수준과 만족도에 영향을 미치는 e-Learning 교수설계 변인을 밝히고자 시행된 서술적 조사연구이다. 그 결과, 대상자의 학습전이 인식수준에 영향을 미치는 도입의 하부영역은 학습상황 및 방향제시, 학습자 초기 동기화로 나타났으며, 이는 41%의 설명력이 있었다(F=81.16, p<.001). 대상자의 학습전이 인식수준에 영향을 미치는 학습객체의 하부영역은 동기화, 학습목적 일치, 접근성, 피드백 및 적합으로 나타났으며, 이는 46%의 설명력이 있었다(F=50.69, p<.001). 대상자의 만족도에 영향을 미치는 도입의 하부영역은 학습상황 및 방향제시, 학습자 초기 동기화로 나타났으며, 이는 33%의 설명력이 있었다(F=59.32, p<.001). 대상자의 만족도에 영향을 미치는 학습객체의 하부영역은 동기화, 표현설계, 상호작용 유용성, 피드백 및 적합, 학습목적 일치, 콘텐츠 품질로 나타났으며, 이는 52%의 설명력이 있었다(F=43.93, p<.001). 이를 통해 대학 e-Learning 프로그램의 교수설계 요인이 학습자의 학습전이와 만족도에 영향을 미치고 있다는 것을 알 수 있었다. 이는 e-Learning 프로그램 교수설계 전략을 개발하기 위한 기초자료로서 활용될 수 있을 것이다.
이 글에서는 막 구조물의 설계에서 자주 제기되는 형상결정 문제에 대한 접근방법을 제시하고자 하였다. 형상결정 문제는 막 구조물이 휨 강성이 전혀 없거나, 빈약한 재료를 사용하는데 기인하여 제기되고, 막 구조물의 설계에서 불안정영역의 발생을 피하기 위해서는 형상의 기준면에서 곡률과 비틀림의 변화를 최소화해야 하며 이러한 변화를 최소화하기 위해서는 형상이 적용하중의 막력에 의한 평형면에 근접하는 것이 바람직하다. 또한, 초기에 막 구조물에 도입된 초기장력에 오차가 발새하면 막면은 스스로 등장력의 형태로 이동하게 되므로, 초기에 막장력의 분포가 등장력의 상태가 되도록 그 형상을 결정하는 것이 바람직하다. 따라서, 이러한 조건을 만족하는 형상탐색문제는 이러한 종류의 구조물의 설계에서는 매우 중요한 문제가 된다. 그러나 국내에서는 막과 케이블 구조물의 형상해석과 응력-변형해석에 범용적으로 사용될 수 있는 프로그램의 개발이 미약하고 이러한 구조방식에 대한 국내의 인식에 크게 부족한 실정이다. 따라서 이 글이 막과 케이블 구조물의 설계에서 형상탐색해석이 반드시 필요한 이 구조물의 구조적 특성을 이해하는데 조금이라도 도움이 될 수 있기를 기대한다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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