초록 ▼

연구의 목적 및 내용
많은 공학문제에는 제품의 성능을 달성하는데 불확실한 영향을 주는 요인이 존재한다.
지난 수십년간 불확실성의 영향을 고려하여 설계의 목적과 제품 성능을 달성하고자 하는 강건설계에 대한 연구가 활발히 이루어져왔다. 그러나 그 동안의 연구는 수학적인 이론 개발에 치우쳐, 실제 설계 문제에 적용하고 해결하는데 한계가 있었다. 본 연구에서는 과거 연구에 대한 분류와 분석을 통하여 구조강건최적설계에 적합한 새로운 강건성 지수를 개발한다. 새로운 강건성 지수는 유한요소법을 기반으로 하여 산업 현장에서도 쉽게 적용

연구의 목적 및 내용
많은 공학문제에는 제품의 성능을 달성하는데 불확실한 영향을 주는 요인이 존재한다.
지난 수십년간 불확실성의 영향을 고려하여 설계의 목적과 제품 성능을 달성하고자 하는 강건설계에 대한 연구가 활발히 이루어져왔다. 그러나 그 동안의 연구는 수학적인 이론 개발에 치우쳐, 실제 설계 문제에 적용하고 해결하는데 한계가 있었다. 본 연구에서는 과거 연구에 대한 분류와 분석을 통하여 구조강건최적설계에 적합한 새로운 강건성 지수를 개발한다. 새로운 강건성 지수는 유한요소법을 기반으로 하여 산업 현장에서도 쉽게 적용할 수 있도록 한다. 또한 개발된 강건성 지수를 이용하는 설계방법론을 제안하고 실제 구조 예제에 적용하여 그 유용성을 검증한다.
연구결과
3년 동안의 연구 결과는 다음과 같다.
1차년도- 기존에 수행된 목적함수의 강건성 지수들을 연구하여 크게 3가지 종류로 분류하였다. 목적함수의 변동만을 고려하는 강건성 지수, 평균과 변동을 동시에 고려하는 강건성 지수, 목적함수에 대한 확률제한조건을 고려하는 강건성 지수들을 각각 분석하였다.
그리고 각각의 장단점들과 그 한계점을 고찰하였다. 1차년도 연구결과는 연구목적인 목적 함수의 강건성 지수 개발에 근간이 되었다.
2차년도- 선행연구된 제한조건의 강건성 지수들을 조사하여 페널티 방법과 확률론적 접근법으로 분류하였다. 확률론적 접근법인 신뢰성 기반 최적설계 방법론들을 세부적으로 분류하고 장단점을 분석하였으며, 새로운 신뢰성 기반 최적설계 방법론을 제시하였다. 또한 수학 예제 풀이를 통해, 제안한 공액경사도법을 이용한 단일루프 단일벡터 방법의 성능이 다른 방법들에 비해 우수함을 검증하였다.
3차년도- 구조강건최적설계를 위해 새로운 목적함수를 확률론적 강건성 지수로 정의하였다. 제안한 목적함수의 강건성 지수는 평균 일계신뢰도법의 이론을 바탕으로 유도되며, 평균과 분산을 동시에 고려한다. 또한 제안한 목적함수의 강건성 지수와 제한조건의 강건성 확보를 위한 연구를 접목하여 강건최적설계 방법론을 확립하였다. 대형 구조물인 모바일 하버 크레인의 구조강건최적설계를 수행하고 우수한 설계 해를 얻음으로써, 제안한 강건성 지수의 우수성과 개발된 설계 방법론의 유용성을 검증하였다.
연구결과의 활용계획
많은 현장에서 강건한 설계를 위한 연구가 진행 중이며, 그 대표적인 예가 6 sigma 운동이다. 그러나 6 sigma 운동은 품질관리를 위한 공정설계 단계에 그친 실정이다. 본 연구자는 학술대회 발표 등을 통해 많은 해외의 석학들과 현장의 엔지니어들이 개발된 대형구조물의 강건최적설계 방법론에 관심을 갖는 것을 목격하였으며, 현재 제의를 받은 해외의 연구기관과 공동연구를 수행 중이다. 개발된 설계 방법론은 유한요소법 기반의 최적설계 상용 소프트웨어와 연동하여 사용할 수 있으므로 여러 산업 현장에서 손쉽게 적용될 수 있으리라 기대한다. 또한 연구 중에 개발된 여러 설계 기법들도 다양하게 적용될 수 있을 것이다. 본 연구자는 향후 국내외의 여러 연구자들과의 공동 연구를 통해 동적 특성을 갖는 비선형 응답 구조강건최적설계 연구를 더욱 심화시킬 예정이다.

Abstract ▼

Purpose&contents
Many engineering problems have uncertainties that affect the performance of a product.
Researchers have been active in developing robust design which achieves the design purpose and the target performance while considering the effects of uncertainties. However, former research

Purpose&contents
Many engineering problems have uncertainties that affect the performance of a product.
Researchers have been active in developing robust design which achieves the design purpose and the target performance while considering the effects of uncertainties. However, former research has been carried out to develop theoretical methodologies which are restricted to the application.
In this research, the past studies are classified for robust structural optimization and an appropriate robustness index is newly defined. The new robustness index which can be utilized with the finite element method is easily applied in industrial fields. In addition, a design methodology which is using the proposed robustness index is developed. Verification of the developed method is performed with structural examples.
Result
The research was conducted in three years and the contents for each year are as follows: The first year: The formerly developed robustness indices for the objective function are classified into three types. The robustness indices for the variance of the objective function, both the mean value and the variance, and both the objective function and the feasibility of the constraints are investigated, respectively. The advantages, disadvantages and the limitations are analyzed. The research results of the first year are the basis for the development of robustness index for the objective function.
The second year: Robustness indices for the constraint are investigated and classified as the ‘penalty method’ and the ‘probabilistic approach method’. The reliability based design optimization method, which is based on the probabilistic approach method is classified and analyzed. With this, a new reliability based design methodology is proposed. Moreover the superior performance of the single loop single vector approach using the conjugate gradient method, is proposed and verified with mathematical examples.
The third year: A new objective function for robust structural optimization is defined as the probabilistic robustness index. The proposed robustness index for the objective function is based on the ‘mean value first order reliability method’ and both the mean value and the variance are simultaneously considered. In addition, a design methodology is established through a combination of the proposed robustness index for objective function and the robustness for constraints. The robust structural optimization of the mobile harbor crane as a large scale problem is carried out. In the robust optimization viewpoint, the excellence of the proposed robustness index and the proposed design methodology is verified.
Expected Contribution
Currently, robustness is pursued by various practitioners. A representative example is the 6-sigma movement. However the 6-sigma movement is limited in the process design for quality management. The developed robust structural optimization methodologies have been presented in various international conferences. Many scholars and researchers are interested in this research and some companies proposed joint researches. Currently, a joint research is being performed with Boeing, an aircraft company. The developed design methodology, which can be connected with commercial optimization software systems, is expected to be used in industrial fields. In addition, other developed design techniques during this research can be applied in various areas. In the future, the developed design methodology will be expanded to nonlinear dynamic response robust structural optimization.

목차 Contents

• 핵심연구사업 최종보고서(평가용) ... 1
• 목 차 ... 3
• 연구계획 요약문 ... 4
• 연구결과 요약문 ... 5
• 한글요약문 ... 5
• SUMMARY ... 6
• 연구내용 및 결과 ... 7
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 7
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 8
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 12
• 4. 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 21
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 26
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 26
• 7. 주관연구책임자 대표적 연구실적 ... 29
• 8. 참고문헌 ... 29
• 9. 연구성과 ... 31
• 10. 기타사항 ... 36
• 끝페이지 ... 51