다이아그리드 구조 시스템의 횡적 거동에 대한 민감도 해석

안근우,양재광,박성수 한국구조물진단유지관리공학회 2015 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.19 No.3

지진하중⋅풍하중 등에 의한 횡적 거동 분석시, 민감도 해석은 구조 모델의 입력변수의 변화에 따른 횡적 거동의 특성을 분석하고 그에 따른 상대적 주요 변수를 찾는 것을 목적으로 한다. 따라서 민감도 해석은 건축물의 구조 진단과 보수 보강 분야에서 특히 중요하다. 본 논문에서는 동일한 높이에서 다이아그리드 가새부재의 설치 각도를 변화 시키면서 TDA이론을 적용한 선형정적 해석법으로 민감도 해석을 수행하였다. 지진하중의 영향이 큰 중층 건축물에서는 모듈의 설치 각도가 58°일 때 가새부재가 가장 주요한 변수로 판별되었고, 풍하중의 영향이 큰 고층 건축물에서는 모듈의 설치 각도가 67.4°일 경우 가새부재가 가장 주요한 변수로 판별되어 시스템 적용의 효율성을 입증하 였다. 또한 구간별 민감도는 12층에서 36층 모델의 경우 중상층부에서 가장 크게 나타났으며, 고층 건축물의 경우 하부에서 가장 큰 민감 도값이 산출되었다. In evaluating lateral behavior on the seismic and wind load, the purpose of sensitivity analysis is to find critical variables and to identify characteristic response with variability of variables. The sensitivity analysis is very important in structural diagnosis, repair and reinforcement field. This study investigates the sensitivity by linear static analysis applying the TDA method in changing angles of diagrid braces on the same height structures. In case of mid rise model, under the seismic load, the brace member is determined as a major variable at 58° but a high rise model, under the wind load, has the brace member as a major variable at 67.4°. In addition, location of critical sensitivity on the mid rise model is distributed over middle section, while it is distributed lower section on the high rise model.

가새각도 변화에 따른 축회전 다이아그리드구조 시스템의 민감도해석

양재광,강호근,박성수 대한건축학회지회연합회 2017 대한건축학회연합논문집 Vol.19 No.1

일반적인 정형 다이아그리드구조물은 구조물외부면을 따라 삼각 트러스형태로 가새가 설치되어있고, 기둥이 없기 때문에 다양한 형상의 구조물을 표현할 수 있다. 하지만 비정형구조물은 변수가 다양하기 때문에, 이러한 많은 미비점을 보완하기 위해서 여러 변수에 따른 거동을 평가하는 연구가 계속 요구되고 있다. 본 연구에서는 Vollers가 분류한 비정형 건물 중에서, Twisters형태의 다이아그리드 구조 시스템에 적용하고, 구조 시스템의 구조설계에 영향을 미치는 변수로서 재료의 탄성계수와 항복강도를 내력에 대한 변수로 정했다. 가새 각도 변화에 따른 축회전 다이아그리드 구조시스템의 민감도 해석을 수행하여, 상대적으로 영향력이 높은 설계변수를 파악하고, 가새 각도와 축회전 각도 변화에 따른 구조물의 민감도 경향을 파악하는 것이 본 연구의 목적이다. General regular shaped diagrid structures can express diverse shapes because braces are installed along the exterior faces of the structures and the structures have no pillars. However, since irregular shaped structures have diverse variables, studies to assess behaviors resulting from various variables are continuously required to supplement the imperfections related to such variables. In the present study, materials’ elastic coefficients and yield strength were selected as variables for resisting force that would be applied to diagrid structural systems in the form of Twisters among the irregular shaped buildings classified by Vollers and would affect the structural designs of such structural systems. The purpose of the present study is to conduct sensitivity analysis for axial rotation diagrid structural systems according to changes in brace angles in order to identify those design variables that have relatively larger effects and the trends of the sensitivity of the structures according to changes in brace angles and axial rotation angles.

일반 곡면 좌표계에서 구현된 아이소-지오메트릭 형상 설계민감도 해석

하윤도,윤민호,조선호,Ha, Youn Doh,Yoon, Minho,Cho, Seonho 한국전산구조공학회 2012 한국전산구조공학회논문집 Vol.25 No.6

Finite element analysis is to approximate a geometry model developed in computer-aided design(CAD) to a finite element model, thus the conventional shape design sensitivity analysis and optimization using the finite element method have some difficulties in the parameterization of geometry. However, isogeometric analysis is to build a geometry model and directly use the functions describing the geometry in analysis. Therefore, the geometric properties can be embedded in the NURBS basis functions and control points so that it has potential capability to overcome the aforementioned difficulties. In this study, the isogeometric structural analysis and shape design sensitivity analysis in the generalized curvilinear coordinate(GCC) systems are discussed for the curved geometry. Representing the higher order geometric information, such as normal, tangent and curvature, yields the isogeometric approach to be the best way for generating exact GCC systems from a given CAD geometry. The developed GCC isogeometric structural analysis and shape design sensitivity analysis are verified to show better accuracy and faster convergency by comparing with the results obtained from the conventional isogeometric method. 유한요소 해석법에서는 CAD 모델을 유한요소 모델로 이산화하기 때문에 CAD와 해석 모델의 차이로 인해 형상 설계민감도 및 최적설계에서 설계영역 매개 변수화에 어려움이 있다. 반면에 아이소-지오메트릭 해석법은 CAD 모델과 동일한 NURBS 기저함수와 조정점을 해석에 이용함으로써 설계의 기하학적 변화를 해석모델에 직접적으로 표현할 수 있기 때문에 전술된 여러 어려움들을 개선할 수 있다. 본 연구에서는 일반 곡면 좌표계에서 아이소-지오메트릭 해석 모델을 정식화하여 곡면 부재에 대한 구조해석과 형상 설계민감도 해석을 수행하였다. 아이소-지오메트릭 해석에서는 법선, 접선, 곡률 등과 같은 고차의 기하학적 정보들이 엄밀하게 표현될 수 있기 때문에 주어진 CAD 모델에 적합한 일반 곡면 좌표계를 생성해 낼 수 있다. 기존의 아이소-지오메트릭 구조해석 및 설계민감도 해석 결과와 비교하여 제안된 해석방법론이 더 정확한 해와 더 빠른 수렴성을 보이는 것을 확인하였다.

위상학적 최적구조 모델링을 위한 민감도해석의 공식화

이동규,신수미 한국구조물진단유지관리공학회 2008 한국구조물진단유지관리공학회 논문집 Vol.12 No.6

민감도 해석은 구조 모델링 변수의 변화에 따른 역학적인 거동의 특성을 찾는 것을 목적으로 한다. 따라서 건물의 구조 진단과 보수 보강 분야에서 특히 중요한 설계 자료로서 활용되고 있다. 본 연구는 구조물의 위상학적 최적 모델링에서 중요하게 다루어지는 민감도 해석을 다양한 방법을 사용하여 공식화하였다. 감차법과 변분법을 적용하여 직접법과 수반법으로서 최종적인 해석적인 민감도 식들을 유도하였다. 구조 해석에 관한 간단한 수치예제를 통하여 유도된 민감도 식들의 해가 적절함을 수치적인 민감도 해석치와 비교하여 검증하였고, 최종적으로 이산화 민감도 해석에 의한 밀도분배법의 위상학적 최적 모델링을 수행하여 민감도 공식들을 위상 최적화 문제에서 정식화하였다. The objective of sensitivity analyses is to identify critical variables of structural models and how their variability impacts mechanical response results. The sensitivity analyses have been used as significant basis data for practical applications of measuring and reinforcing fragile building structures. This study presents several sensitivity analysis methods for topological optimum designs of linear elastostatic structural systems. Numerical examples for structural analyses and topological optimum modeling demonstrate the reliability of sensitivities formulated in the present study.

Design Sensitivity Analysis of Coupled MD-Continuum Systems Using Bridging Scale Approach

차송현,하승현,조선호,Cha, Song-Hyun,Ha, Seung-Hyun,Cho, Seonho Computational Structural Engineering Institute of 2014 한국전산구조공학회논문집 Vol.27 No.3

본 논문에서는 브리징 스케일 분해를 기반으로 멀티스케일 문제에 대한 설계민감도 해석법을 개발하였다. 나노 기술의 급속한 발전으로 인해 나노 수준의 해석의 필요성이 지속적으로 증가하고 있다. 최근 분자동역학과 연속체역학의 연성문제에서 많은 해석 방법들이 개발되었다. 본 논문에서는 연성시스템 해석을 위해 브리징 스케일 기법을 사용한다. 전체 영역의 분자동역학 시스템의 해석은 많은 양의 계산 비용이 들기때문에 분자동역학과 연속체 시뮬레이션의 연성시스템을 선호한다. 분자동역학과 연속체 수준 사이의 정보 교환은 분자동역학과 연속체의 경계에서 일어난다. 브리징 스케일 법에서 일반화된 랑지벵 방정식은 축소된 영역의 분자동역학 시스템 해석을 위하여 요구되고, 시간이력 커널을 사용하여 구한 GLE 힘은 분자동역학 시스템에서 경계에 있는 원자들에 작용한다. 그러므로 분자동역학과 연속체 수준의 시뮬레이션을 분리해서 해석할 수 있으며 계산 과정을 가속시킬 수 있다. 연성문제의 시뮬레이션 이후에는 설계의 최적화를 위해 설계민감도 해석의 필요성이 자연스럽게 나타나며 전체 시스템의 성능은 나노 스케일의 효과를 고려해서 최적화된다. 설계구배 기반 최적화에서 설계민감도가 요구되지만 유한차분법으로 구한 민감도는 문제가 대형화될 때 계산비용의 제한때문에 비실용적이나 해석적 설계민감도는 효율적인 강점을 갖는다. 본 연구에서는 연성된 분자동역학-연속체 멀티스케일 문제에서 해석적 설계민감도를 유도하여 정확성과 향후 최적설계로의 활용 가능성을 확인하였다. We present a design sensitivity analysis(DSA) method for multiscale problems based on bridging scale decomposition. In this paper, we utilize a bridging scale method for the coupled system analysis. Since the analysis of full MD systems requires huge amount of computational costs, a coupled system of MD-level and continuum-level simulation is usually preferred. The information exchange between the MD and continuum levels is taken place at the MD-continuum boundary. In the bridging scale method, a generalized Langevin equation(GLE) is introduced for the reduced MD system and the GLE force using a time history kernel is applied at the boundary atoms in the MD system. Therefore, we can separately analyze the MD and continuum level simulations, which can accelerate the computing process. Once the simulation of coupled problems is successful, the need for the DSA is naturally arising for the optimization of macro-scale design, where the macro scale performance of the system is maximized considering the micro scale effects. The finite difference sensitivity is impractical for the gradient based optimization of large scale problems due to the restriction of computing costs but the analytical sensitivity for the coupled system is always accurate. In this study, we derive the analytical design sensitivity to verify the accuracy and applicability to the design optimization of the coupled system.

탄성 구조물의 안정성을 고려한 형상최적설계

양욱진,최주호,Yang, Wook-Jin,Choi, Joo-Ho 한국전산구조공학회 2007 한국전산구조공학회논문집 Vol.20 No.1

본 연구에서는 설계민감도 해석기법을 사용하여 구조물의 안정성, 즉 좌굴을 고려한 형상 최적설계를 수행하였다. 형상 변수를 고려한 설계민감도 해석을 수행하기 위해 전미분 개념을 도입하고, 이를 이용하여 연속체기반의 변분방정식을 미분하여 민감도공식을 유도하였다. 기존의 유한차분법과 비교할 때 설계민감도 해석법의 장점은 설계변수의 갯수에 상관없이 매우 적은 해석횟수를 가지고도 민감도를 더 정확하게 계산할 수 있으며, 해석결과만을 이용하여 민감도계산을 수행하므로 상용 해석 소프트웨어를 활용할 수 있다는 것이다. 한편 좌굴문제를 다룰 때는 일반적으로 보나 쉘 같은 구조요소를 이용하지만 본 연구에서는 솔리드 요소를 이용한 연속체 모델로 고려하였는데 그 이유는 연속체 모델을 이용하면 뚱뚱한 형상뿐만 아니라 보나 쉘 같은 슬림(slim) 한 모델을 모두 해석할 수 있기 때문이다 설계민감도를 활용하여 여러 가지 좌굴문제에 대해 형상 설계민감도 계산 및 최적설계를 수행하였다. 그 결과 실행함수가 매우 빠르게 수렴하는 것을 확인할 수 있었고, 설계변수가 많아지고 해석시간이 길어질수록 더 효율적인 것을 알 수 있었다. This paper addresses a method for shape optimization of a continuous elastic body considering stability, i.e., buckling behavior. The sensitivity formula for critical load is analytically derived and expressed in terms of shape variation, based on the continuum formulation of the stability problem. Unlike the conventional finite difference method (FDM), this method is efficient in that only a couple of analyses are required regardless of the number of design parameters. Commercial software such as ANSYS can be employed since the method requires only the result of the analysis in computation of the sensitivity. Though the buckling problem is more efficiently solved by structural elements such as a beam and shell, elastic solids have been chosen for the buckling analysis because solid elements can generally be used for any kind of structure whether it is thick or thin. Sensitivity is then computed by using the mathematical package MATLAB with the initial stress and buckling analysis of ANSYS. Several problems we chosen in order to illustrate the efficiency of the presented method. They are applied to the shape optimization problems to minimize weight under allowed critical loads and to maximize critical loads under same volume.

실험계획법을 이용한 해양플랜트 플로트오버 설치 작업용 능동형 DSF의 구조설계 민감도 해석

김훈관,송창용,이강수 중소기업융합학회 2021 융합정보논문지 Vol.11 No.2

본 연구에서는 해양플랜트의 플로트오버 설치작업을 위해 개발된 능동형 갑판 지지 프레임 (Deck support frame, DSF)의 구조설계에 대해 다양한 실험계획법을 이용한 민감도해석의 비교연구를 수행하였다. 능동형 DSF의 주요 구조부재의 두께 치수 변수는 설계인자로 고려하였고, 응답치는 중량과 강도성능으로부터 선정하였다. 민감도해석의 비교연구에 사용한 실험계획법은 직교배열설계법, Box-Behnken 설계법 그리고 Latin hypercube 설계법이다. 실험계획법의 설계공간 탐색의 근사화 성능을 평가하기 위해 반응표면법을 각 실험계획법 별로 생성하여 근사화 정확도 특성을 검토하였다. 또한 최상설계안 의 결과로부터 실험계획법의 특성에 따른 수치계산 비용, 중량감소 효과 등과 같은 설계향상 효과를 비교하였다. 능동형 DSF의 구조설계에 대해 직교배열설계법이 가장 향상된 결과를 나타내었다. The paper deals with comparative study on sensitivity analysis using various methods regarding to design of experiments for structure design of an active type DSF (Deck support frame) that was developed for float-over installation of offshore plant. The thickness sizing variables of structure member of the active type DSF were considered the design factors. The output responses were defined from the weight and the strength performances. Various methods such as orthogonal array design, Box-Behnken design, and Latin hypercube design were applied to the comparative study. In order to evaluate the approximation performance of the design space exploration according to the design of experiments, response surface method was generated for each design of experiment, and the accuracy characteristics of the approximation were reviewed. The design enhancement results such as numerical costs, weight minimization, etc. via the design of experiment methods were compared to the results of the best design. The orthogonal array design method represented the most improved results for the structure design of the active type DSF.

행정 현상 연구를 위한 해석적 방법론

배병룡(Bae, Byung-Ryong) 서울행정학회 2016 한국사회와 행정연구 Vol.27 No.3

우리나라 행정학계에서 해석적 연구방법론은 아직 소개조차 잘 되어 있지 않은 상태이고 더구나 그것을 응용하여 연구한 경우도 매우 희박한 실정이다. 본 논문에서는 실증주의 방법론과 대조하면서 해석적 연구 방법론을 소개하고 이를 용용하여 연구하는 방법들과 그것을 평가하는 기준들에 관해 설명한다. 첫째, 해석적 방법론은 실증주의에 대한 비판으로부터 출발하였고, 전통적인 철학적 해석학 뿐 아니라 유럽의 현상학과 미국의 실용주의 존재론 및 인식론에 그 바탕을 두고 있다. 이들 철학은 존재는 구성되는 것이고 구성함으로써 인식한다는 존재론과 인식론을 공유한다. 둘째, 해석적 탐구의 목적은 연구자가 연구참여자들이 자신들의 맥락 속에서 행하는 의미부여를 실증주의 방법에서 행하는 인위적 통제(즉, 독립변수 조작) 없이 이해하는 것이다. 실제의 연구 수행은 연구자들이 연구참여자들의 맥락 속에 들어가서 그 체화된 연구자 스스로가 개인들과 공동체의 의미부여 과정에 접근하고 해석함으로써 이해하는 것이다. 셋째, 연구 과정 속에서 연구자의 신체적 현존, 연구 배경 속의 구성원에 대한 관여(지적, 감정적)가 불가피하게 개입되기 때문에, 연구자가 자신의 편견(자신의 가치, 신념, 감정 그리고 의미부여) 개입을 솔직하게 인정하는 것이 해석적 연구의 특징 중 하나이다. 넷째, 상황지어지고, 맥락지어진 의미부여에 초점을 두는 해석적 연구는 일정한 상황 속에서 일상언어를 통하여 상향적으로 개념을 발굴하고, 구성적 인과성을 추구하며, 현장 조건들에 따른 임시변통적(개방성, 역동성, 융통성) 조사설계를 하고 현상을 탐구해 나아간다. 창출한 자료는 해석학적 민감도에 따라 설명의 정합성을 구축하면서 분석해 나아간다. 다섯째, 해석적 연구는 몇 가지 기준에 의해 평가되는데 이해의 기준에 속하는 것으로는 진정성, 이전성, 행동 정향이 있고, 해석의 기준에 속하는 것으로는 중층기술, 성찰, 상호 검토가 있다. 끝으로, 이러한 여러 가지 해석적 방법들을 한국 행정 현상에 적용할 경우 보다 의미중심적이고 맥락 구체적인 연구가 이루어질 수 있고, 아직도 실증주의적, 계량적 연구가 지배적인 한국 행정학계에 방법론의 다양화를 제공할 수 있다. This study attempts to introduce and explicate interpretive methodology of research for public administration in Korean Public Administration Society. Interpretive methodology is contrasted with positivist methodology in many respects. Those respects are assumptions of ontology and epistemology, research orientation, design attitude, preparing for generating data, generating data in the field and archives, analyzing data, evaluative criteria. Firstly, interpretive methodology is based on subjective philosophy of ontology and epistemology, and oriented toward meaning-making, contextuality, hermeneuticphenomenological sensibility, constitutive causality. Secondly, interpretive methodology use abductive logic of inquiry, prior knowledge and expectation(preunderstanding), dynamic flexible research design, and regards agents(subjects) as participants in research and research as world-making. Thirdly, in preparing for generating data, interpretive methodology use educated provisional sense-making, start with prior knowledge, hermeneutic circle-spiral, access and choice of settings, actors, archives, documents et al. Fourthly, in generating data in the field and archives, interpretive methodology makes maps for exposer and intertextuality, bottom-up and in situ concept and theory development, explores of concepts in ordinary language, local knowledge terms, revises design as needed. Fifthly, in analyzing data, interpretive methodology use hermeneutic sensibility, namely, coherence and logic of argumentation. Finally, evaluative criteria of results of interpretive methodology are interpretation criteria(thick description, reflexivity, mutual review) and understanding criteria (authenticity, transferability, action orientation).

경계적분방정식을 이용한 축대칭 열전도 고체의 형상설계민감도 해석

이부윤 대한기계학회 1993 대한기계학회논문집 Vol.17 No.1

본 연구에서는 축대칭 열전도 고체의 형상설계민감도 해석을 위하여 2차원 문 제를 다룬 Lee, Choi와 Kwak의 방법을 축대칭 문제로 확장하였다.축대칭 형태로 표 시된 직접 및 간접 경계적분방정식의 정식화에 기초하여 전미분방접과 보조변수방법으 로 형상최적화 문제에서 발생하는 일반적인 성능 범함수의 형상설계민감도 공식을 유 도하고, 온도 및 열속의 제한조건에 이를 응용하였다. 제시된 민감도해석방법의 정 확성을 검증하기 위하여 해석적인 해를 갖는 원통문제와 구문제를 다루었는데, 두 문 제에 대하여 민감도 공식을 이용하여 수치계산된 결과를 해석적인 민감도와 비교하였 다. 또한 복잡한 수치해로서 냉각핀(cooling fin)문제를 다루었으며, 민감도 공식에 의한 계산 결과를 유한차분(finite difference)으로 수치미분한 결과와 비교하였다. A generalized method is presented for shape design sensitivity analysis of axisymmetric thermal conducting solids. The shape sensitivity formula of a general performance functional arising in shape optimal design problem is derived using the material derivative concept and the adjoint variable method. The method for deriving the formula is based on standard axisymmetric boundary integral equation formulation. It is then applied to obtain the sensitivity formulas for temperature and heat flux constraints imposed over a small segment of the boundary. To show the accuracy of the sensitivity analysis, numerical implementations are done for three examples. Sensitivities calculated by the presented method are compared with analytic sensitivities for two examples with analytic solutions, and compared with sensitivies by finite difference for a cooling fin example.

원자로 CRDM 관통노즐 J-Groove 용접부 잔류응력 예측을 위한 유한요소 변수 민감도 해석

배홍열(Hong Yeol Bae),김주희(Ju Hee Kim),김윤재(Yun Jae Kim),오창영(Chang Young Oh),김지수(Ji Soo Kim),이성호(Sung Ho Lee),이경수(Kyoung Soo Lee) 대한기계학회 2012 大韓機械學會論文集A Vol.36 No.10

최근 원자로 압력용기 상부헤드 관통노즐 J-groove 용접부 주변에서 균열로 인한 냉각수 누출사고가 발행하고 있다. 이러한 사고의 원인은 용접에 의한 인장잔류응력, 농축된 붕산수 및 응력부식에 민감한 재료로 인한 일차수응력부식균열(PWSCC : primary water stress corrosion cracking)인 것으로 판명되었다. PWSCC 평가는 원자로 건전성 평가의 주요 관심사로서 용접에 의해 발생되는 잔류응력을 정확하게 예측함으로써 가능하다. 본 연구에서는 유한요소해석을 이용하여 국내 원자로의 일반적인 J-groove 용접부의 해석절차를 소개하고, 용접해석 관련 변수의 민감도 해석을 통해 잔류응력 예측기법을 제시하고자 한다. 이를 위해 2차원 및 3차원 요한요소해석 방법을 바탕으로 변수 민감도 해석을 수행하였으며, 기존 연구결과와 비교를 통해 해석절차 및 방법의 유용성을 검정하였다. In nuclear power plants, the reactor pressure vessel (RPV) upper head control rod drive mechanism (CRDM) penetration nozzles are fabricated using J-groove weld geometry. Recently, the incidences of cracking in Alloy 600 CRDM nozzles and their associated welds have increased significantly. The cracking mechanism has been attributed to primary water stress corrosion cracking (PWSCC), and it has been shown to be driven by welding residual stresses and operational stresses in the weld region. The weld-induced residual stress is the main factor contributing to crack growth. Therefore, an exact estimation of the residual stress is important for ensuring reliable operation. This study presents the residual stress computation performed for an RPV CRDM penetration nozzle in Korea. Based on two and three dimensional finite element analyses, the effect of welding variables on the residual stress variation is estimated for sensitivity analysis.