초록 ▼

연구의 목적및 내용:
비선형 동적반응 구조최적설계는 선형정적반응최적설계 또는 반응표면법과 같은 근사법을 주로 이용한다. 하지만 이는 부정확성과 함께 시간과 비용이 많이 드는 단점이 있다. 본연구에서는 비선형 동적반응 구조최적설계에 등가정하중이라는 개념을 도입하여 이를 이용한 최적설계 방법을 개발한다. 문제의 비선형 특성에 따라 새로운 개념의 등가정하중들 을 개발한다. 자동차 충돌문제, 금속 성형문제에 개발한 이론을 적용하여 그 적합성과 유용성을 알아보고 통합적으로 설계할 수 있는 소프트웨어를 개발한다.
연구결과:
일

연구의 목적및 내용:
비선형 동적반응 구조최적설계는 선형정적반응최적설계 또는 반응표면법과 같은 근사법을 주로 이용한다. 하지만 이는 부정확성과 함께 시간과 비용이 많이 드는 단점이 있다. 본연구에서는 비선형 동적반응 구조최적설계에 등가정하중이라는 개념을 도입하여 이를 이용한 최적설계 방법을 개발한다. 문제의 비선형 특성에 따라 새로운 개념의 등가정하중들 을 개발한다. 자동차 충돌문제, 금속 성형문제에 개발한 이론을 적용하여 그 적합성과 유용성을 알아보고 통합적으로 설계할 수 있는 소프트웨어를 개발한다.
연구결과:
일반적인 구조최적설계는 선형정적반응만을 고려하여 최적설계를 수행하거나 근사법을 사용하여 주로 소규모문제만을 해결하였다. 본 연구에서는 기존의 방법과는 다르게 등가정하중이라는 개념을 도입한다. 비선형 해석의 반응으로부터 등가정하중을 구하고 이를 하중으로 하는 선형최적설계를 실시한다. 현재까지 개발한 등가정하중에는 변위, 응력, 속도, 가속도, 변형에너지, 유효변형률 등가정하중이 있다. 해결하고자 하는 문제의 특성에 따라 원하는 등가정하중을 선택하고 선택한 등가정하중으로 문제의 최적화를 실시한다.
개발한 각각의 등가정하중을 공학적 문제에 응용하여 적합성과 유용성을 알아보았다. 간단한 문제를 먼저 해결하고 자동차 충돌문제, 금속 소성가공 문제들을 해결해 보았다. 자동차 충돌해석은 비선형동적해석의 전형적인 예로써 이를 최적설계문제에서 해결하기 위해선 에너지와 가속도 조건을 고려해야 한다. 이를 고려하기 위해선 속도, 가속도, 변형에너지 등가정하중을 개발하였고 이들을 이용해 문제를 해결하였다. 금속의 성형해석은 재료의 이방성과 더불어 성형 조건의 특징을 감안해야 하고 재료의 파단이 일어나지 않기위해 비선형 유효변형률의 최소화가 필요하다. 이들을 고려하기 위해선 비선형 동적해석으로부터 소재와 공정의 특징을 고려하고 해석 결과인 유효변형률을 이용한 최적설계를 수행해야 한다. 그러기 위해서 유효변형률 등가정하중을 개발하였고 이를 이용한 소재의 최적화를 수행하였다. 개발한 각각의 이론들로부터 각각의 등가정하중을 생성시키고 각종해석과 최적화에 사용되는 상용소프트웨어들 사이에 유기적 결합을 위해 소프트웨어를 개발하였다.
연구결과의 활용계획:
개발된 등가정하중을 이용한 비선형 동적반응 최적설계는 설계자가 원하는 비선형 응답조건을 충분히 고려하여 설계를 할 수 있다는 장점이 있다. 현재 많은 산업체에서는 비선형동적해석을 통해 구조물의 특성을 파악하지만 비선형동적반응최적화는 많이 수행되지않고 있다. 개발한 방법을 이용하면 현재 산업체에서 사용하는 상용소프트웨어를 그대로 이용하도록 고안하여서 누구나 쉽게 활용가능하다. 현재 자동차 충돌, 금속성형 문제에는 검토를 수행하였고 추후 전자제품, 항공기 등의 대상물에도 적용 가능할 것이다. 또한 국내외적으로 처음 제시한 독창적인 방법으로 선진기술의 확보와 국내외 학자와의 공동연구활동이 가능할 것으로 사료된다.

Abstract ▼

Purpose & contents:
Researches on nonlinear dynamic response structural optimization have been carried out by linear static response optimization and an approximation method such as a surface response method is generally utilized. However, these conventional methods are inaccurate or consume a lo

Purpose & contents:
Researches on nonlinear dynamic response structural optimization have been carried out by linear static response optimization and an approximation method such as a surface response method is generally utilized. However, these conventional methods are inaccurate or consume a lot of time and cost. In this research, the equivalent static loads (ESLs) method is proposed for nonlinear dynamic response structural optimization. ESLs of new concepts are defined for nonlinear characteristics of each problem. The crashworthiness and metal forming problems are solved using the proposed method and the suitability and usefulness of the method are investigated from the engineering view points. A software system is developed to use the proposed method.
Result:
A linear static response optimization and an approximation method are used to solve general structural optimization problems. These methods can only solve small scale problems. In this research, the method using ESLs is made from nonlinear analysis and the loads are utilized as external forces in a linear static response optimization. The defined ESLs are the ESLs for the displacements, stresses, velocities, accelerations, strain energies and effective strains to date. The ESLs are made based on the characteristics of nonlinear dynamic response problems and these problems can be optimized using the selected ESLs.
The suitability and usefulness of this method are explored by solving engineering problems. The problems are the automobile crashworthiness and metal forming problems. The automobile crashworthiness problem is selected as an engineering practical problem. The energy and acceleration conditions are involved in this problem. Development of the ESLs for the velocity, acceleration and strain energy is required to consider these conditions. The automobile crashworthiness problem is solved using these ESLs. The metal forming analysis should consider directional property of the workpiece and the characteristics of the forming conditions. And minimization of the nonlinear effective strain is required for crack removal of the forming product. Development of the ESLs for the effective strains is necessary to consider these conditions. The metal forming problems are solved. A software system was developed to generate the ESLs from by the developed method. The developed system systematically uses various commercial software systems.
Expected Contribution:
Nonlinear dynamic response structural optimization using the developed ESLs has important advantages over the conventional methods in that designers can consider nonlinear responses. Many nonlinear dynamic analyses are required to identify the characteristics of the structures in many industries. However, nonlinear dynamic response optimization is not actively employed. The commercial software systems currently used in industries can be directly utilized in the paradigm of the this research. Therefore, the optimization technique using the developed method can be easily transferred to practitioners. The crashworthiness and metal forming problems are studied, and the problems of electronic, airplane and other areas will be studied. Since the developed ESLs method are unique method, joint researches with many domestic and foreign scholars are being carried out and further researches are expected

목차 Contents

• 중견연구자지원사업(핵심연구) 최종보고서 ... 1
• 목차 ... 3
• Ⅰ. 연구계획 요약문 ... 4
• 1. 국문요약문 ... 4
• Ⅱ. 연구결과 요약문 ... 5
• 1. 국문요약문 ... 5
• 2. 영문요약문 ... 6
• Ⅲ. 연구내용 ... 7
• 1. 연구개발과제의개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 9
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 11
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 63
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 68
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 70
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 71
• 8. 참고문헌 ... 72
• 9. 연구성과 ... 74
• 10. 기타사항 ... 77