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NTIS 바로가기한국해양환경ㆍ에너지학회지 = Journal of the Korean Society for Marine Environment & Energy, v.19 no.3, 2016년, pp.194 - 202
송창용 (목포대학교 조선해양공학과) , 이강수 (한국해양과학기술원 부설 선박해양플랜트연구소) , 홍기용 (한국해양과학기술원 부설 선박해양플랜트연구소)
This study aims to review a topology optimization based on finite element analysis (FEA) for conceptual design of platform in the 10MW class floating type wave-wind hybrid power generation system (WHPGS). Two topology optimization theories, density method (DM) and homogenization design method (HDM) ...
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핵심어 | 질문 | 논문에서 추출한 답변 |
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구조해석을 위한 하중조건은 어떤 것을 고려하였는가? | 설계파 및 조류와 같은 해양환경하중으로부터 기인하는 플랫폼 상의 압력과 계류삭의 인장력을 산출하기 위하여 동수력학 해석을 수행하였다. 구조해석을 위한 하중조건은 부유체 동수력학 해석으로부터의 결과와 파력-풍력 복합발전 시스템 중량을 고려하였고, 경계조건은 관성제거법을 사용하여 구현하였다. 밀도법 기반 파력-풍력 복합발전 시스템 플랫폼의 위상최적화 결과로부터 개념설계 단계에서 주요 구조부재의 배치방안을 제시하였다. | |
치수 최적화란? | 최적설계 이론은 일반적으로 치수 최적화, 형상 최적화 및 위상 최적화로 나누어 지고, 치수 최적화는 수리계획법과 민감도해석을 기반으로 연속 혹은 이산 변수를 설정된 제한조건을 만족시킴과 동시에 목적함수를 최대화 또는 최소화하는 탐색 방법인 반면, 위상 최적화는 유한요소해석을 기반으로 연속체 구조의 기하학적 형상을 변수로 다루기 때문에 유한요소의 소멸, 재생성, 혹은 기하학적인 경계 조건 등이 고려되어야 한다(Suzuki and Kikuchi[1991]). 위상 최적화는 각각의 유한요소의 소멸 및 유지와 위치, 영역간의 연결과 같은 위상을 결정하는 설계방법론이며 고려된 변수의 영역에서 유한요소 절점의 연결성에 대한 제한은 없고 요소 자체의 소멸과 유지만을 고려하기 때문에 폭 넓은 변수의 범위에서 기하학적인 최적위상을 고려할 수 있다. | |
본 연구에서 위상최적화 방법을 적용하여 WHPGS 플랫폼의 개념설계설계 단계에서 주요 구조 부재 배치의 유의한 설계안 도출의 결과는 어떠한가? | 본 연구에서는 최적화 설계 이론 중에 하나인 위상최적화 방법을 적용하여 WHPGS 플랫폼의 개념설계설계 단계에서 주요 구조 부재 배치의 유의한 설계안 도출을 검토하였다. 대표적인 위상최적화 이론인 HDM과 DM을 솔리드육면체 유한요소로 구성된 단순화 구조설계 문제에 각각 적용하여 요소밀도 분포, 목적함수 및 제한조건함수의 수렴결과를 비교 검토하였다. 단순화된 솔리드 유한 요소 구조설계의 위상최적화 검토를 통해 밀도분포의 균일성, 최적화 수치계산 수렴성 및 제한조건 가역성 측면에 있어서 HDM이 좀 더 우수한 결과를 나타났다. WHPGS 플랫폼에 대한 위상최적화 적용과 관련하여 기초 외형 치수만 결정된 플랫폼에 대해 설치해역 해양환경하중과 플랫폼에 장착되는 발전시스템과 같은 부가물의 하중을 고려하여 설계하중조건을 산출하고 HDM 위상최적화 이론을 기반으로 주요 구조부재 배치 설계를 검토하였다. 위상최적화에 적용된 유한요소의 크기와 형태를 변화시키면서 산출된요소밀도 분포결과를 검토하였으며 세밀한 요소의 크기와 솔리드 요소형태의 모델을 기반으로 한 위상최적화 결과가 구조부재 배치 설계에 좀 더 적합한 것을 알 수 있었다. 산출된 위상최적화 결과를 토대로 WHPGS 플랫폼의 주요 구조부재 배치의 형상설계를 수행하고 동일한 하중 및 경계조건을 적용하여 산출한 구조성능 평가결과를 통해 최종 부재배치 형상 설계의 유의성을 확인하였다. |
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