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모드변형에너지를 기저로 하는 위상최적화기법을 사용한 보의 고유진동수 최대화
The Natural Frequency Maximization of Beam Structures by using Modal Strain Energy based Topology Optimization Technique 원문보기

한국공간구조학회논문집 = Journal of the Korean Association for Spatial Structures, v.7 no.4, 2007년, pp.89 - 96  

이상진 (경상대학교 건축공학과) ,  배정은 (경상대학교 공학연구원)

초록
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위상최적화기법을 이용하여 보의 기본고유진동수 최대화문제를 수행하였다. 도입된 위상최적화기법은 구조물의 모드형상에 의해서 발생되는 모드변형에너지를 바탕으로 한다. 최소화하고자하는 모드변형에너지를 목적함수로 하고 구조물의 초기부피를 제약함수로 채택하였다. 최적정기준법을 바탕으로 한 크기조절알고리듬을 유한요소내부에 존재하는 셀의 빈공간의 크기를 조절하기 위해 도입하였다. 세 가지의 다른 경계조건을 가지는 보를 이용하여 자유진동모드형상에 저항하는 보의 최적위상을 조사하였다. 수치해석결과로부터 도입된 위상최적화기법을 이용하여 도출한 보의 최적위상은 초기구조물에 비해 저차의 자유진동수가 크게 증가하는 것으로 나타났으며 특히 모드변형에너지를 이용하는 위상최적화의 경우에는 구조물의 기본진동수를 최대화하는데 매우 효과적인 것으로 나타났다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The fundamental frequency maximization of beam structures is carried out by using strain energy based topology optimization technique. It mainly uses the modal strain energy distributions induced by the mode shapes of the structures. The modal strain energy to be minimized is employed as the objecti...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그런데 최근에 구조물의 고유진동수와 같은 동적 특성의 변화를 고려하는 위상최적화기법에 대한 연구 결과가 보고되고 있다.12明 본 연구에서는 보의 자유진동 모드에 의해서 유발되는 모드변형에너지를 이용하여 보의 동적특성을 고려하는 방식으로 자유진동 모드에 저항하는 보의 최적위상을 조사하고 그 결과를 기술하고자 한다. .
  • 본 연구에서는 구조물의 모드변형에너지 분포를 계산하기 위하여 자유진동해석을 수행하였다. 자유진동을 경험하는 구조물은 유한요소정식화를 거쳐 아래와 같은 고유치문제를 도출하게 된다.
  • 본 연구에서는 자유진동모드에 의해서 유발되는 모드변형에너지를 기저로 하는 최적화기법을 이용하여 보의 기본진동수가 최대화될 경우에 도출되는 보의 최적위상에 대하여 분석하였다. 최적화결과를 분석한 결과 도입된 최적화기법이 보의 기본진동수를 최대화하는데 매우 효과적인 것으로 나타났다.
  • 이 예제에서는 양단이 고정단인 보를 최적화 하였다. 최적화에 사용된 직사각형 보의 크기와 재료 특성치 그리고 최적화에 사용된 매개변수는 전 절에서 사용된 것과 동일한 값을 이용하였다.

가설 설정

  • 위상최적화는 비 등질의 단위 셀이 구조물에 반복적으로 분포되어 있다는 가정을 전제로 한다.위 유한요소법을 도입하게 되면 설계영역이 이산화 되고 하나의 유한요소에 하나의 셀이 존재하는 것으로 가정할 수 있다.
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