오목한 성능함수에서 공액경사도법을 이용한 단일루프 단일벡터방법의 수렴성 개선

정성범(Seong-Beom Jeong),이세정(Se-Jung Lee),Gyung-Jin Park(박경진) 대한기계학회 2012 大韓機械學會論文集A Vol.36 No.7

신뢰성 기반 최적설계의 효과적인 수행을 위하여 개발된 단일루프 단일벡터 방법은 신뢰성 해석의 계산과정을 제거함으로써 최적설계 시 발생하는 과도한 계산비용을 줄일 수 있다. 하지만 성능함수의 오목한 정도가 심할 경우, 수렴을 하지 못하고 발산하는 경향을 보인다. 때문에 일반적인 단일루프 단일벡터 방법은 낮은 수렴성과 부정확성 문제를 내포하고 있다. 본 연구에서는 공액경사도법을 이용한 단일루프 단일벡터 방법을 제안한다. 공액경사도법은 이전 반복과정의 최대가능손상점에서 계산된 방향벡터들을 이용하여 현재 설계점에서의 최대가능손상점을 산출하기 위한 새로운 방향벡터를 구하고 이 방향벡터를 이용하여 현재점에서의 최적화를 수행한다. 이를 다양한 수학예제에 적용하고 다른 방법들과 수치적 성능 비교를 통해 제안한 방법의 유용성을 검증한다. 공액경사도법을 이용한 단일루프 단일벡터 방법은 성능함수 특성에 크게 영향을 받지 않으며 수렴성을 크게 향상시킬 수 있다. The reliability based design optimization (RBDO) approach requires high computing cost to consider uncertainties. In order to reduce the design cost, the single loop single vector (SLSV) approach has been developed for RBDO. This method can reduce the cost in calculating deign sensitivity by elimination of the nested optimization process. However, this process causes the increment of the instability or inaccuracy of the method according to the problem characteristics. Therefore, the method may not give accurate solution or the robustness of the solution is not guaranteed. Especially, when the function is concave, the process frequently diverges. In this research, the concept of the conjugate gradient method for unconstrained optimization is utilized to develop a new single loop single vector method. The conjugate gradient is calculated with gradient directions at the most probable points (MPP) of previous cycles. Mathematical examples are solved for the verification of the proposed method. The numeri cal performances of the obtained results are compared to those of other RBDO methods. The SLSV approach using conjugate gradient is not greatly influenced by the problem characteristics and improves its convergence capability.

구조최적설계를 이용한 자전거 프레임의 설계 프로세스

정성범(Seong Beom Jeong),이세정(Se Jung Lee),이규봉(Gyu Bong Lee),박경진(Gyung Jin Park) 대한기계학회 2010 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2010 No.4

해상 상태를 고려한 모바일하버용 크레인의 구조최적설계

이재준,임원종,정성범,정의진,박경진,Lee, Jae-Jun,Lim, Won-Jong,Jeong, Seong-Beom,Jung, Ui-Jin,Park, Gyung-Jin 한국전산구조공학회 2012 한국전산구조공학회논문집 Vol.25 No.1

모바일하버는 선박의 대형화로 인하여 항만에 접안 및 정박이 불가능하거나 선박의 접안 대기시간이 길어지는 경우 등 항만의 문제점들을 해결하기 위해 제시된 새로운 개념의 시스템이다. 이 새로운 시스템은 해상에 있는 선박에 다가간 후, 모바일하버에 설치된 크레인을 이용하여 선박에 컨테이너를 직접 상, 하역작업을 하도록 고안되었다. 모바일하버용 크레인은 컨테이너를 이송하는 장치로써 그 중요성이 매우 크다. 본 연구에서는 모바일하버용 크레인의 형태들을 제시하고 각 형태에 따른 구조최적설계를 실시하였다. 불안정한 해상으로부터 발생되는 횡동요 및 종동요와 바람에 의한 풍하중을 최적설계의 하중조건으로 하였다. 또 한국선급 및 각각의 규정들을 최적설계의 제한조건으로 하여 규정을 만족하면서 경량화된 크레인 구조를 최적화하였다. The mobile harbor is a new concept system to solve the problems of a port. These problems are that container ships cannot be anchored at the dock because they have become larger or the waiting times of anchoring the ships are increased due to heavy container traffic. A new system is designed to carry out the loading and unloading of containers between the mobile harbor and the container ship using the mobile harbor crane at sea. The crane plays an important role when transferring the containers. In this research, various types of the mobile harbor crane are proposed and structural optimization for each type of the crane is carried out. The loading conditions consider the rolling and pitching conditions of the unstable sea state and the wind force are considered. The constraints are mainly the regulations made by the Korean Register of Shipping. The structure of the crane is optimized to minimize the mass while various constraints are satisfied.

강건최적설계에서 목적함수의 강건성 지수에 대한 연구

이세정(Se-Jung Lee),정성범(Seong-Beom Jeong),박경진(Gyung-Jin Park) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集A Vol.37 No.5

강건최적설계의 개념은 다구찌 법에 근간을 두고 있다. 특히, 목적함수의 강건성 지수들은 설계 변수나 파라미터의 변동에 둔감하고 보수적인 설계를 추구한다. 그 목적을 달성하기 위해 다양한 강건성 지수들이 소개되고 있다. 소개된 다양한 지수와 방법은 나름의 목적과 의미를 지니고 있다. 하지만, 다구찌 법에서 의미하는 강건설계의 의미를 목적함수의 강건성 지수로 반영하여 최적설계 문제로 확장하는 것에는 한계점이 발생할 수 있다. 본 논문의 목적은 기존 강건성 지수 연구들의 특징과 한계점을 파악하고 강건최적설계 연구의 고찰을 수행하는데 있다. 목적함수의 강건성 지수들의 특징을 확인하기 위해 결정론적 최적해와 강건해의 구분이 명확한 수학적 예제를 사용하여 평가를 수행하고 분석하였다. 더불어, 고찰을 토대로 강건최적설계에서의 강건성에 대한 새로운 관점과 상한함수를 사용한 목적함수 의 강건성 지수를 제시하였다. The concept of robust optimization is based on Taguchi’s method. Especially, robustness indices of objective function pursue an insensitive and conservative design when there are variations on design variables and parameters. To accomplish the purpose, various robustness indices on the objective function have been developed. However, it can be caused limitations to develop the robustness index, because there is difference between the Taguchi’s method and robust optimization. In this paper, an investigation is performed to identify the characteristics and the drawbacks of the previous studies. To achieve the purpose, evaluations are conducted by using the examples which have both a deterministic optimum and a robust optimum. Moreover, a new viewpoint as well as a robustness index using a supremum value of the objective function is proposed based on the investigation.

등가정하중법을 이용한 차량 전면 구조물의 비선형 동적 반응 구조최적설계

윤식(Shic Yoon),정성범(Seong-Beom Jeong),박경진(Gyung Jin Park) 대한기계학회 2008 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2008 No.11

Nonlinear dynamic analysis is generally used in automobile crash analysis and structural optimization considering crashworthiness uses the results of nonlinear dynamic analysis. Automobile crash optimization has high nonlinearity and difficulty in calculating sensitivity. Recently the equivalent static load (ESL) method has been proposed in order to overcome these difficulties. The ESL is the static load set generating the same displacement field as the nonlinear dynamic displacement field at each time step in dynamic analysis. From various researches regarding the ESL method, it has been proved that the ESL method is fairly useful. The ESL method can mathematically optimize a crash optimization problem through nonlinear analysis and well developed static optimization. The ESL is applied to nonlinear dynamic structural optimization of the automobile frontal impact problem. An automobile bumper is optimized. The mass of the structure is minimized while some constraints are satisfied.

철도차량 차체의 구조최적설계

장환학(Hwan-Hak Jang),정성범(Seong-Beom Jeong),박근수(Geun-Soo Park),이장욱(Jahng-Wook Lee),박경진(Gyung-Jin Park) 대한기계학회 2011 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2011 No.6

가상모델로부터 산출된 응력 등가정하중을 이용한 금속 성형품 및 단조품의 형상최적설계

장환학(Hwan Hak Jang),정성범(Seong Beom Jeong),박경진(Gyung Jin Park) 대한기계학회 2012 大韓機械學會論文集A Vol.36 No.11

본 논문은 응력 등가정하중을 이용하여 금속제조공정에서 원하는 성형품과 단조품의 최종형상을 얻기 위한 형상최적화 방법을 제안한다. 성형품의 최종형상은 블랭크의 형상에 따라 달라지고 단조품의 최종형상은 빌렛의 형상에 따라 달라진다. 따라서 원하는 형상의 제품을 얻기 위해 구조최적화방법 중형상최적화방법을 적용하였다. 금속성형 공정은 비선형 동적해석을 수행하므로 등가정하중법을 이용한다. 등가정하중법 중 가상모델을 이용한 응력 등가정하중은 등가정하중을 산출하는 새로운 방법으로 재료 특성의 가치를 재정의하여 응력 등가정하중을 계산한다. 본 논문에 포함된 예제를 통해 원하는 제품의 최종형상을 얻기 위한 최적의 블랭크 및 빌렛 형상을 도출하여 제안한 방법의 유용성을 검증한다. A shape optimization is proposed to obtain the desired final shape of forming and forging products in the manufacturing process. The final shape of a forming product depends on the shape parameters of the initial blank shape. The final shape of a forging product depends on the shape parameters of the billet shape. Shape optimization can be used to determine the shape of the blank and billet to obtain the appropriate final forming and forging products. The equivalent static loads method for non linear static response structural optimization (ESLSO) is used to perform metal forming and forging optimization since nonlinear dynamic analysis is required. Stress equivalent static loads (stress ESLs) are newly defined using a virtual model by redefining the value of the material properties. The examples in this paper show that optimization using the stress ESLs is quite useful and the final shapes of a forming and forging products are identical to the desired shapes.

유한요소 해석을 이용한 능동형 보행자 보호 시스템의 성능 분석

박종선(Jong-Sun Park),정성범(Seong-Beom Jeong),윤용원(Yong-Won Yun),박경진(Gyung-Jin Park) 한국자동차공학회 2013 한국자동차공학회 부문종합 학술대회 Vol.2013 No.5

구조최적설계 기법을 이용한 모바일하버용 크레인의 설계

임원종(Won-Jong Lim),정의진(Ui-Jin Jung),정성범(Seong-Beom Jeong),이재준(Jae-Jun Lee),박경진(Gyung-Jin Park) 대한기계학회 2010 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2010 No.11

Recently, the container ships become fairly large so that the shipping capability is more than 10,000TED. Accordingly, very large ports are required and building such ports is extremely expensive. For this reason the mobile harbor concept has been proposed. The mobile harbor, which is located in a shallow sea, can replace a port that has insufficient infrastructure. Also, this system can alleviate congestion in the ports. The mobile harbor is a small container ship which has a container crane on it. The mobile harbor is a new innovative concept for moving containers from containership to a mobile harbor or vice versa. One of the most important basic technologies is the design of a crane structure for the mobile harbor. The crane for the mobile harbor is different from the conventional cranes on the ground. Stability is guaranteed on the ground, but is not so in the sea. This study examines structural optimization of the crane structure on the mobile harbor. The position of the boom of the crane is optimized as well. The design process considers the rolling and pitching conditions of the sea state and the wind force regulations from Korean Register of Shipping. Optimization problems are formulated to minimize the weight while various design conditions are satisfied, and the formulated problems are solved by a commercial software system called GENESIS.