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크리깅 메타모델과 유전알고리즘을 이용한 신뢰도 계산 및 신뢰도기반 최적설계
Reliability Estimation and RBDO Using Kriging Metamodel and Genetic Algorithm 원문보기

大韓機械學會論文集. Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers. A. A, v.33 no.11=no.290, 2009년, pp.1195 - 1201  

조태민 (KAIST 기계공학과) ,  이병채 (KAIST 기계공학과)

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, effective methods for reliability estimation and reliability-based design optimization(RBDO) are proposed using kriging metamodel and genetic algorithm. In our previous study, we proposed the accurate method for reliability estimation using two-staged kriging metamodel and genetic alg...

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문제 정의

  • 저자는 기존의 연구에서 2 단 크리깅 메타모델과 유전알고리즘을 이용하여 신뢰도를 계산하는 방법을 제안하고, 정규분포를 가지는 문제에 대해 그 정확성을 확인하였다.(14) 본 연구에서는 저자의 기존연구에서 제안된 신뢰도 계산방법의 효율성과 정확성을 다양한 분포를 가진 문제에 적용시켜신뢰도 지수를 구하는 대표적인 방법인 FORM 과 비교하여 신뢰도기반 최적설계로의 적용 가능성을 검토하였다. 최종적으로 크리깅 메타모델을 이용한 정확하고 효율적인 신뢰도기반 최적 설계방법론을 제안하고 기존의 방법과 효율성과 정확성 측면에서 비교하였다.
  • (14) 신뢰도 계산에 활용된 매개변수(parameter) 값이나 수렴조건 등은 참고문헌(14)에 자세히 설명되어 있다. 본 연구에서는 저자의 기존 연구에서 제안된 신뢰도 계산 방법을 확장시켜 신뢰도 기반 최적설계에 적용하고자 한다. 제안된 크리깅 메타모델을 이용한 신뢰도 계산방법의 신뢰도 기반 최적설계로의 적용 가능성을 검토하기 위하여, 다양한 분포를 가지는 수학함수와 구조 문제를 선정하여 테스트하였다.
  • 본 연구에서는 크리깅 메타모델과 유전알고리즘을 이용하여 효율적이고 정확한 신뢰도 계산 방법 및 신뢰도기반 최적설계 방법을 제안하였다. 제안된 신뢰도 계산방법을 다양한 분포를 가진 수치 예제와 구조문제에 적용한 결과, 제안된 신뢰도 계산 방법이 FORM 보다 효율적이고 정확한 결과를 보여줌을 확인하였다.

가설 설정

  • 시스템 매개변수를 나타낸다. 확정론적 최적 설계에서는 관련 설계변수나 기하학적 치수, 하중, 재료 물성치 등이 모두 변동이 없는 일정한 값을 갖고 있다고 가정하고 설계를 수행한다. 그런 다음, 경험적으로 적절한 안전계수를 도입하여 이러한 분포특성을 고려한다.
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참고문헌 (22)

  1. Hasofer, A. M. and Lind, N. C., 1974, 'Exact and Invariant Second Moment Code Format,' J. of Eng. Mech., ASCE, Vol. 100, pp. 111-121 

  2. Rackwitz, R. and Fiessler, B., 1978, 'Structural Reliability Under Combined Random Load Sequence,' Comput Struct, Vol. 9, pp. 489-494 

  3. Schueller, G. I., Bucher, C. G., Bourgund, U. and Ouypornpasert, W., 1987, 'On Efficient Computational Schemes to Calculate Structural Failure Probabilities,' Stochastic Structural Mechanics, U.S.-Austria Joint Seminar, pp. 338-410 

  4. Sacks, J., Welch, W. J. and Mitchel, T. J., 1989, 'Design and Analysis of Computer Experiments,' Statistical Science, Vol. 4, No. 4, pp. 409-435 

  5. Lee, T. H., Lee, C. J. and Lee, K. K., 2003, 'Shape Optimization of a CRT based on Response Surface and Kriging Metamodels,' Trans. of the KSME(A), Vol. 27, No. 3, pp. 381-386 

  6. Lee, T. W. and Kwak, B. M., 1987-88, 'A Reliability-Based Optimal Design Using Advanced First Order Second Method,' Mechanics of structures and machines, Vol. 15, No. 4, pp. 523-542 

  7. Tu, J., Choi, K. K. and Park, Y. H., 1999, 'A New Study on Reliability Based Design Optimization,' Journal Mechanical Design, ASME, Vol. 121, pp. 557-564 

  8. Chen, X. and Neil, D. J., 1997, 'Reliability Based Structural Design Optimization for Practical Applications,' AIAA-97-1403, pp. 2724-2732 

  9. Du, X. and Chen, W., 2004, 'Sequential Optimization and Reliability Assessment Method for Efficient Probabilistic Design,' ASME Journal of Mechanical Design, Vol. 126, pp. 225-233 

  10. Agarwal, H., Mozumder, C. K., Renaud, J. E. and Watson, L. T., 2007, 'An Inverse-Measure-Based Unilevel Architecture for Reliability-Based Design Optimization,' Struct Multidisc Optim, Vol. 33, pp. 217-227 

  11. Zou, T. and Mahadevan, S., 2006, 'A Direct Decoupling Approach for Efficient Reliability-Based Design Optimization,' Struct Multidisc Optim, Vol. 31, pp. 190-200 

  12. Ju, B. H. and Lee, B. C., 2008, 'Reliability-Based Design Optimization Using a Moment Method and Kriging Metamodel,' Engineering Optimization, Vol. 40 No. 5, pp. 421-438 

  13. Lee, T. H. and Jung, J. J., 2008, 'A Sampling Technique Enhancing Accuracy and Efficiency of Metamodel-Based RBDO: Constraint Boundary Sampling,' Computers and Structures, Vol. 86, pp. 1163-1476 

  14. Cho, T. M., Ju, B. H., Jung, D. H. and Lee, B. C., 2006, 'Reliability Estimation Using Two-Staged Kriging Metamodel and Genetic Algorithm,' Trans. of the KSME(A), Vol. 30, No. 9, pp. 1116-1123 

  15. Kaymaz, I., 2005, 'Application of Kriging Method to Structural Reliability Problems,' Structural Safety, Vol. 27, pp. 133-151 

  16. Ju, B. H., 2008, Reliability Based Design Optimization Using a Kriging Metamodel and a Moment Method, Doctoral Thesis of KAIST 

  17. Wang, L. and Grandhi, R. V., 1996, 'Safety Index Calculation Using Intervening Variables for Structural Reliability Analysis,' Computers & Structures, Vol. 59, No. 6, pp. 1139-1148 

  18. Huang, B. and Du, X., 2006, 'Uncertainty Analysis by Dimension Reduction Integration and Saddle point Approximations,' Transactions of ASME, Vol. 128, pp. 26-33 

  19. Lee, S. H. and Kwak, B. M., 2006, 'Response Surface Augmented Moment Method for Efficient Reliability Analysis,' Structural Safety, Vol. 28, pp. 261-272 

  20. Liu, Y. W. and Moses, F., 1994, 'A Sequential Response Surface Method and Its Application in the Reliability Analysis of Aircraft Structural Systems,' Structural Safety, Vol. 16, pp. 39-46 

  21. Cho, T. M. and Lee, B. C., 2008, 'Reliability Estimation and RBDO Using Kriging Metamodel and Genetic Algorithm,' Proceedings of the KSME 2008 fall annual meeting, pp. 1016-1021 

  22. Yang, R. J. and Gu, L., 2004, 'Experience with Approximate Reliability-Based Optimization Methods,' Struct Multidisc Optim, Vol. 26, pp. 152-159 

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