동하중을 받는 구조물의 등가정하중 기반 구조 최적화 연구 = Study on the Structural Optimization based on Equivalent Static Load under Dynamic Load

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Most of the structure of the real world is influenced under dynamic loads. However, when structure analysis and the structural optimization is performed, it is assumed that the static load acts on structure. When considering the actual load of dynamic loads in order to take into account a variety of loads, computational resources and time becomes a big burden in terms of cost. However, considering only the simple static load condition is not preferable for structural safety. For this reason, a lot of studies have been conducted trying to compensate this trouble by applying weight factor or replacing dynamic load with the equivalent static load. In this study, structural optimization techniques for structures under dynamic loads is proposed by applying the equivalent static load. From previous study, after determining the positions of equivalent static load based on primary degrees of freedom, the equivalent static load is calculated through the optimization process. In this process, the equivalent static load optimization of previous research is complemented by adding constraints to avoid excessively large load extraction. In numerical examples, dynamic load is applied to the truss structure and the plate. Then, the reliability of the proposed optimization technique is verified by carrying out size optimization with the equivalent static load.

국문 초록 (Abstract)

현실세계의 구조물은 대부분 동하중의 영향을 받고 있지만, 구조해석이나 구조 최적화를 수행할 때는 정하중이 작용하는 것으로 가정한다. 실제 하중인 동하중을 고려하게 되면 다양한 하중들을 고려해야 하기 때문에 전산자원과 시간비용 측면에서 많은 제약이 따르기 때문이다. 그러나, 단순한 정하중 조건만을 고려하면 구조안전성 측면에서 바람직하지 못하기 때문에 가중치를 적용하거나 동하중을 대체하는 등가정하중을 적용하여 관련 문제를 보완하려는 연구가 진행되어 왔다. 본 연구에서는 등가정하중을 적용하여 동하중을 받고 있는 구조물에 대한 구조최적화 기법을 제안한다. 본 연구에서 적용하는 등가정하중은 기존 연구에서 제안한 바 있는 주자유도를 기반으로 하여 등가정하중 부과 위치를 결정하고 최적화 과정을 통해 산출한다. 이 과정에서 지나치게 큰 하중이 구해지지 않도록 가중치를 고려한 구속조건을 추가하여 기존 연구의 등가정하중의 최적화 과정을 보완하였다. 수치예제에서는 동하중이 작용하는 트러스 구조물과 평판 구조물에서 최적화된 등가정하중을 적용하여 사이즈 최적화를 수행함으로써 제안된 최적화 기법의 신뢰성을 검증한다.

참고문헌 (Reference)

1 김현기, "주자유도 선정 기법에 의한 동하중의 등가 정하중으로의 변환" 한국전산구조공학회 20 (20): 57-64, 2007

2 김현기, "응력 구속조건을 고려한 동하중의 등가정하중으로의 변환" 한국전산구조공학회 26 (26): 165-172, 2013

3 Kim, H., "Two-level Scheme for Selection of Primary Degrees of Freedom and Semi-analytic Sensitivity Based on the Reduced System" 195 (195): 4244-4268, 2006

4 Choi. W. S., "Transformation of Dynamic Loads into Equivalent Static Loads Based on Modal Analysis" 22 (22): 1193-1204, 1998

5 Choi. W. S., "Quasi-Static Structural Optimization Technique Using Equivalent Static Loads Calculated at Every Time Step as a Multiple Loading Condition" 20 (20): 2568-2580, 2000