• 한국자동차공학회논문집
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• 제23권6호
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• pp.583-590
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• 2015

Automobile crash optimization is nonlinear dynamic response structural optimization that uses highly nonlinear crash analysis in the time domain. The equivalent static loads (ESLs) method has been proposed to solve such problems. The ESLs are the static load sets generating the same displacement field as that of nonlinear dynamic analysis. Linear static response structural optimization is employed with the ESLs as multiple loading conditions. Nonlinear dynamic analysis and linear static structural optimization are repeated until the convergence criteria are satisfied. Nonlinear dynamic crash analysis for frontal analysis may not have boundary conditions, but boundary conditions are required in linear static response optimization. This study proposes a method to use the inertia relief method to overcome the mismatch. An optimization problem is formulated for the design of an automobile frontal structure and solved by the proposed method.

• 대한기계학회논문집A
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• 제39권3호
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• pp.311-318
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• 2015

텔레비전의 운송 중 발생 가능한 낙하상황을 설정하고, 낙하충격으로부터 텔레비전을 보호할 수 있는 텔레비전 포장재의 최적설계를 수행하였다. 텔레비전 포장재의 최적설계는 등가정하중법을 이용하여 비선형동적응답 구조최적설계를 수행하였으며, 포장재의 최적설계 과정을 본 연구에서 제안하였다. 개념설계 단계에서 등가정하중법을 적용한 위상최적설계를 수행하였으며 상세설계 단계에서 가상모델을 사용한 응력등가정하중법을 이용하여 형상최적설계를 수행하였다. 응력등가정하중은 비선형동적응답 해석의 변위장뿐만 아니라 응력반응장과 동일한 선형해석반응장을 유발하는 선형정적하중이다. 즉, 비선형동적응답 해석에서의 응력반응장을 구조최적설계에서 제한조건을 설정할 수 있는 것이다. 실제 예제를 통해 등가정하중법을 적용한 최적설계 과정의 유용성을 검증하였다. 텔레비전 포장재 낙하 테스트는 LS-DYNA 를 사용하였으며 구조최적설계는 NASTRAN 을 사용하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제33권12호
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• pp.1401-1409
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• 2009

All the forces in the real world act dynamically on structures. Design and analysis should be performed based on the dynamic loads for the safety of structures. Dynamic (transient or vibrational) responses have many peaks in the time domain. Topology optimization, which gives an excellent conceptual design, mainly has been performed with static loads. In topology optimization, the number of design variables is quite large and considering the peaks is fairly costly. Topology optimization in the frequency domain has been performed to consider the dynamic effects; however, it is not sufficient to fully include the dynamic characteristics. In this research, linear dynamic response topology optimization is performed in the time domain. First, the necessity of topology optimization to directly consider the dynamic loads is verified by identifying the relationship between the natural frequency of a structure and the excitation frequency. When the natural frequency of a structure is low, the dynamic characteristics (inertia effect) should be considered. The equivalent static loads (ESLs) method is proposed for linear dynamic response topology optimization. ESLs are made to generate the same response field as that from dynamic loads at each time step of dynamic response analysis. The method was originally developed for size and shape optimizations. The original method is expanded to topology optimization under dynamic loads. At each time step of dynamic analysis, ESLs are calculated and ESLs are used as the external loads in static response topology optimization. The results of topology optimization are used to update the design variables (density of finite elements) and the updated design variables are used in dynamic analysis in a cyclic manner until the convergence criteria are satisfied. The updating rules and convergence criteria in the ESLs method are newly proposed for linear dynamic response topology optimization. The proposed updating rules are the artificial material method and the element elimination method. The artificial material method updates the material property for dynamic analysis at the next cycle using the results of topology optimization. The element elimination method is proposed to remove the element which has low density when static topology optimization is finished. These proposed methods are applied to some examples. The results are discussed in comparison with conventional linear static response topology optimization.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2005년도 창립60주년 기념 추계 학술대회
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• pp.216.2-216.2
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• 2005

• 대한기계학회논문집A
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• 제35권1호
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• pp.1-10
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• 2011

본 논문은 등가정하중을 이용하여 단조공정의 예비성형체 및 빌렛의 형상설계를 위한 최적화 방법을 제안한다. 단조공정에서 예비성형체의 형상은 최종 성형품의 품질을 결정하는데 중요한 역할을 한다. 본 연구는 빌렛 및 예비성형체의 형상을 설계하기 위하여 등가정하중법을 사용하였다. 등가정하중법은 비선형 동적하중을 등가정하중으로 변환하고 여기서 구한 등가정하중을 이용하여 선형 응답 최적화를 수행하는 방법이다. 설계변수의 갱신은 선형 응답 최적화와 비선형 해석을 통하여 이루어진다. 본 논문에 포함된 예제는 원하는 단조품의 생산을 위한 최적의 예비성형체와 빌렛의 형상을 도출하여 제안한 방법의 유용성을 검증한다. 비선형 해석과 선형 응답 최적화는 각각 LS-DYNA와 NASTRAN을 사용하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제38권6호
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• pp.619-627
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• 2014

본 논문은 등가정하중을 이용하여 제어시스템을 포함한 구조물의 설계를 위한 최적화 방법을 제안한다. 지난 연구는 구조물과 제어시스템 최적설계를 독립적으로 분리하여 수행하였고, 구조물과 제어시스템을 동시에 최적화하여도 제어시스템의 제어변수는 정상상태에서만 최적화하여 성능을 향상시켰다. 하지만 제어변수는 모든 시간영역에서 최적화해야 한다. 즉, 제어시스템의 해석은 과도상태에서 수행해야 한다. 본 연구에서는 새로운 등가정하중을 이용하여 제어변수를 포함하는 제어시스템 구조물의 최적설계를 위한 방법을 제시하였다. 등가정하중은 동적하중이 구조물에 작용할 때 발생하는 임의 시간에서의 변위장과 동일한 변위장을 만들어내는 정하중을 의미한다. 이렇게 계산된 등가정하중을 이용하여 설계영역에서 선형정적응답 최적설계를 진행한다. 몇 가지 예제를 통해 새로운 등가정하중을 적용한 동적응답 최적설계방법의 유용성을 확인하였다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제36권11호
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• pp.1361-1370
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• 2012

본 논문은 응력 등가정하중을 이용하여 금속제조공정에서 원하는 성형품과 단조품의 최종형상을 얻기 위한 형상최적화 방법을 제안한다. 성형품의 최종형상은 블랭크의 형상에 따라 달라지고 단조품의 최종형상은 빌렛의 형상에 따라 달라진다. 따라서 원하는 형상의 제품을 얻기 위해 구조최적화방법 중 형상최적화방법을 적용하였다. 금속성형 공정은 비선형 동적해석을 수행하므로 등가정하중법을 이용한다. 등가정하중법 중 가상모델을 이용한 응력 등가정하중은 등가정하중을 산출하는 새로운 방법으로 재료 특성의 가치를 재정의하여 응력 등가정하중을 계산한다. 본 논문에 포함된 예제를 통해 원하는 제품의 최종형상을 얻기 위한 최적의 블랭크 및 빌렛 형상을 도출하여 제안한 방법의 유용성을 검증한다.

• 대한기계학회논문집A
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• 제24권10호
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• pp.2568-2580
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• 2000

This paper presents a quasi-static optimization technique for elastic structures under dynamic loads. An equivalent static load (ESL) set is defined as a static load set which generates the same displacement field as that from a dynamic load at a certain time. Multiple ESL sets calculated at every time step are employed to represent the various states of the structure under the dynamic load. They can cover every critical state that might happen at an arbitrary time. Continuous characteristics of dynamic load are simulated by multiple discontinuous ones of static loads. The calculated sets of ESLs are applied as a multiple loading condition in the optimization process. A design cycle is defined as a circulated process between an analysis domain and a design domain. Design cycles are repeated until a design converges. The analysis domain gives a loading condition necessary for the design domain. The design domain gives a new updated design to be verified by the analysis domain in the next design cycle. This iterative process is quite similar to that of the multidisciplinary optimization technique. Even though the global convergence cannot be guaranteed, the proposed technique makes it possible to optimize the structures under dynamic loads. It has also applicability, flexibility, and reliability.