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CAE 기법을 활용한 심해 내압구조물의 최적설계에 관한 연구
Optimal Design of Deep-Sea Pressure Hulls using CAE tools 원문보기

한국전산구조공학회논문집 = Journal of the computational structural engineering institute of Korea, v.25 no.6, 2012년, pp.477 - 485  

정한구 (군산대학교 조선공학과) ,  팡가니반 헨리 (군산대학교 기계자동차공학부)

초록
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내압구조물의 구조적 성능에 영향을 주는 주요 요소로 형상, 쉘 두께, 보강재 배치 안 그리고 제작 재료 등을 나열할 수 있다. 전통적인 이론적 방법론에 근거한 내압구조물의 설계는 신속하며 만족할 만한 결과를 제공하지만 이는 일부 특정한 형상, 쉘 두께 및 제작 재료 등에 제한되어 있다. 본 논문에서는 최적화된 형상, 쉘 두께, 보강재 배치 안 그리고 복합재료 적층 정보 등을 얻을 수 있는 최적설계 기법에 근거한 진보된 대체 방법론을 다루고 있다. CAE 기반의 최적설계 기법을 활용하여 내압구조물 설계에 요구되는 구조적 성능과 최적화된 설계 인자들을 얻었다. 상용화된 유한요소 프로그램임 ANSYS의 CAE 플랫폼으로부터 메타모델 기반 최적화 기법을 수행하여 원통형 내압구조물의 설계를 위한 최적의 타원형 형상을 결정하였다. 또한 최적설계 프로그램인 OptiStruct의 기울기 기반 최적설계 방법을 이용하여 복합재료 기반 내압구조물의 설계시 최적의 적층순서와 쉘 두께가 얇은 내압구조물에 대한 최적의 보강재 배치 안을 각각 도출하였다. 최적설계 예제를 통해 본 논문에서 제시하고 있는 최적설계 기법에 근거한 방법론이 내압구조물의 설계에 효과적임을 확인할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Geometric configurations such as hull shape, wall thickness, stiffener layout, and type of construction materials are the key factors influencing the structural performance of pressure hulls. Traditional theoretical approach provides quick and acceptable solutions for the design of pressure hulls wi...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • In this study, the simultaneous consideration of ply thickness, t and angle of orientation Θ for a straight cylindrical pressure hull (see Fig. 7) during design optimization process is proposed.
  • 2 and it is adopted as reference design. The reason for this is to establish a reliable comparison of the optimal design results obtained using the proposed approach against published results. The rated operating pressure of the reference pressure hull is 600-bar or a dive depth of approximately 6,000m underwater.

대상 데이터

  • To promote better interpretation of the optimal topology while taking advantage of symmetry, a half geometry model is considered. This model has the inner diameter of 100mm, the length of 400mm, the total thickness of 10mm, the base thickness of 3 mm and the stiffener net thickness of 7mm, respectively. Fig.

이론/모형

  • These approaches underscore the use of CAE based design optimization tools. Optimal elliptical meridional profile is determined for a cylindrical pressure hull design using metamodel-based optimization technique implemented in a fully integrated parametric modelerCAE platform in ANSYS. While conceptual design of ring stiffener layout of a thin-walled pressure hull is obtained using gradient-based optimization method in OptiStruct.
  • 4) in this study is the possibility of obtaining global optimal design solution. To allow such possibility, Kriging method which is known for its ability to build accurate global approximation of the design space(Simpson et al., 2001) is used to build the metamodel. Moreover, the multi-objective genetic algorithm(MOGA) which is an optimization method that can obtain optimal solution is also used.
  • , 2010). While the structural topology of fixed-section stiffeners for thin-walled marine structures can be efficiently designed using other methods such as the sequential quadratic programming(Jeong, 2010), in this work, the optimal layout of ring stiffeners for a thin-walled pressure hull is obtained using topology optimization method available in OptiStruct. The method practically enables more freedom for stiffener layout in contrast to conventional approach which often utilizes fixed structural form.
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참고문헌 (20)

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