• 대한기계학회논문집A
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• 제38권3호
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• pp.309-314
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• 2014

기계나 토목 구조물의 형상은 일반적으로 전통적인 방법들을 이용하여 얻었다. 예를 들면 전력송전탑이나 해상풍력 하부구조물 이외의 다른 구조물들도 조직적으로 만든다. 한편 컴퓨터 그래픽의 급속한 성장으로 인해, 진화된 구조해석 및 최적설계기법들을 이용하고 있다. 본 논문에서는 해상 풍력 터빈을 위한 자켓 구조물의 구조형상을 위상최적화 기법을 통하여 연구하였다. 이번 연구는 실제작동하중상태로 시뮬레이션을 위하여 다 하중으로 종속시켰으며, 최적화 목적 함수는 주어진 경계조건아래 컴플라이언스로 정의하였다. 최적화는 고유진동수와 체적을 구속함수로 사용하였으며, 1 단계 모델의 결과는 2 단계 구조를 위한 외형을 빠르게 볼 수 있도록 한다. 그 결과로 사각뿔대의 3D 모델은 위상최적화를 통하여 개발하였다.

• 에너지공학
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• 제29권3호
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• pp.25-33
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• 2020

본 연구에서는 유동해석 및 구조해석을 수행하여 위상최적화에 의해 설계된 버터플라이 밸브 디스크의 구조적 안전성을 살펴보았다. 유동해석을 수행하여 유량계수의 변화와 공동현상을 예측하였으며, 구조해석 후 강도 및 강성의 유효성을 확인하였다. 유동해석 후 열림각이 커질수록 유량계수가 비선형적으로 증가하다가 완만한 경사를 보였고, 열림각이 12o 일 때 공동화 현상을 예측할 수 있었다. 구조해석 후 경량 디스크의 유효응력이 재료의 항복강도보다 작았으며, 최대변형량도 선행연구의 보수적 변형량보다 작았다. 궁극적으로 전산해석에 기초한 경량 밸브 디스크의 구조적 안전성이 유효함을 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.

• Journal of Mechanical Science and Technology
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• 제14권3호
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• pp.306-313
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• 2000

The homogenization method and the density function method are common approaches to evaluate the equivalent material properties for design cells composed of matter and void. In this research, using a new topology optimization method based on the homogenized material with a penalty factor and the chessboard prevention strategy, we obtain the optimal layout of a structure for the natural frequency of a designated mode. The volume fraction of nodes of each finite element is chosen as the design variable and a total material usage constraint is imposed. In this paper, the subspace method is used to evaluate the eigenvalue and its corresponding eigenvector of the structure for the designated mode and the recursive quadratic programming algorithm, PLBA algorithm, is used to solve the topology optimization problem.

• 대한전기학회:학술대회논문집
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• 대한전기학회 2003년도 하계학술대회 논문집 B
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• pp.708-710
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• 2003

This paper presents design sensitivity analysis for the electromagnetic force and torque obtained from Coulomb's virtual work method using the adjoint variable method. And virtual displacement field is calculated from a static structural analysis. Derived equations are verified by comparison with finite different method. And topology optimization for a c-core is given as a verification example.

• 대한기계학회논문집A
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• 제37권4호
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• pp.537-545
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• 2013

금속씰의 탄성복원력은 기밀성능을 결정하는 매우 중요한 요소이다. 본 연구는 장시간 운전조건에서 기밀성능을 유지할 수 있는 금속오링씰의 구조, 즉 탄성복원력이 우수한 구조를 얻기 위하여 컴플라이언트 메커니즘 위상최적화법을 도입하였다. 진화구조최적화법의 위상최적화 알고리듬이 사용되었으며, 강성 및 유연성을 동시에 고려하는 두 가지 종류의 목적함수가 사용되었다. 금속오링씰의 외형을 고려하여 원형의 최적화 설계영역이 고려되었으며 최적화 결과로 나타난 위상의 탄성복원력은 상용품의 탄성복원력과 비교되었다.

• 한국소음진동공학회:학술대회논문집
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• 한국소음진동공학회 2012년도 춘계학술대회 논문집
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• pp.361-366
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• 2012

In this paper, we propose the efficient technique that reduces the number of spot-welds and increases the structural rigidity by using the topology optimization technique. Eigen value analysis is used to evaluate the rigidity of the optimized model. As a first step, the topology optimization is performed to find optimal spot-weld distributions. In this study, the design objective is to maximize the weighted frequencies. The volume fractions of the weld components are used as design constraints, and also the densities of each element in the individual design space are used as design variables. And then, to consider the possibility of spot-weld failure, the contribution rate analysis was performed by using the orthogonal array method of DOE. The spot-welds in the rear panel part are reinforced according to estimation results of the contribution rate analysis. Finally, we obtained optimized spot-weld layout model which has the reduced number of spot-welds and the improved dynamic stiffness.

• 한국전산구조공학회논문집
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• 제35권6호
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• pp.367-374
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• 2022

본 논문에서는 역전파 방법 기반 자동미분법을 이용하여 설계민감도를 구하고 이를 응력제한조건을 고려한 위상최적설계에 적용하였다. 응력제한조건이 있는 위상최적화문제는 특이점(singularity)과 응력의 국부성(local nature of stress constraint)문제, 그리고 설계 변수에 대한 비선형성의 문제를 포함하고 최적해를 얻기가 매우 힘들다. 특이점 문제를 해결하기 위해서 응력 완화(stress relaxation) 기법을 사용하였고, 응력의 국부성을 해결하기 위해 p-norm을 이용한 전역 응력치를 제한조건에 사용하였다. 설계 변수에 대한 비선 형성을 극복하기 위해 해석적인 방법으로 정확한 설계민감도를 구하는 것이 중요하다. 위상최적설계에서 기존에는 보조변수방법 (adjoint variable method)을 사용하여 빠르고 정확한 설계민감도를 구했지만, 설계민감도를 해석적으로 구해야 하고, 보조평형방정식을 추가로 풀어야 하는 어려움이 있다. 이를 해결하기 위해서 인공신경망에서 최적 가중치(weights)와 편차(biases)를 구할 때 쓰이는 역전파 기법을 이용하여 설계민감도를 구하고 이를 응력제한조건을 고려한 위상최적설계에 적용하였다. 역전파 기법은 자동미분에 쓰이는 기법으로 목적함수나 제한조건에 대한 설계민감도를 별도의 수식유도 없이 간단하게 구할 수 있는 장점이 있다. 또한, 미분값을 구하는 역전파의 과정이 보조평형방정식을 푸는 것보다 계산시간이 빠르고 해석적 방법으로 구한 설계민감도와 같은 정확도를 보여준다.

• 대한기계학회:학술대회논문집
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• 대한기계학회 2004년도 춘계학술대회
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• pp.1017-1022
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• 2004

Though the standard element density-based topology optimization method has been applied for the optimal design of multiphysics systems, some theoretical problems, such as material interpolation, undershoot temperature prediction, and unstable elements, still remain to be overcome. The objective of this investigation is to present a new topology optimization formulation based on the element connectivity parameterization (ECP) in order to avoid the numerical problems in multiphysics system design and improve optimization results. To show the validity of the proposed approach, the designs of an optimal thermal dissipation and an electro-thermal-compliant actuator were considered.

• Structural Engineering and Mechanics
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• 제53권5호
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• pp.847-865
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• 2015

This paper presents the application of a recently developed meta-heuristic algorithm, called Colliding Bodies Optimization (CBO), for size and topology optimization of steel trusses. This method is based on the one-dimensional collisions between two bodies, where each agent solution is considered as a body. The performance of the proposed algorithm is investigated through four benchmark trusses for minimum weight with static and dynamic constraints. A comparison of the numerical results of the CBO with those of other available algorithms indicates that the proposed technique is capable of locating promising solutions using lesser or identical computational effort, with no need for internal parameter tuning.