인공 벌군집 알고리즘을 이용한 위상최적화 기법의 개발

Abstract

집단지성 기법의 하나인 인공 벌군집 알고리즘과 유한요소해석을 이용하여 구조 위상 최적화가 개발되었다. 인공 벌군집 알고리즘은 초기에 연속함수의 최적화 문제에 적용하기 위하여 개발되었기 때문에 본 연구에서는 이산최적화의 정적, 동적, 비선형 구조물의 위상최적화 문제에 적용하기 위하여 인공 벌군집 알고리즘을 이용한 위상최적화 기법을 제안하였다. 본 연구의 목적은 각 요소에 부여된 변형에너지를 기반으로 구조물 재료의 양을 이용하여 가장 강성이 뛰어난 구조물을 얻고, 각 요소에 부여된 고유진동수를 기반으로 1차, 2차 고유진동수가 가장 높은 구조물을 구하며, 구조물의 기하, 재료, 기하 및 재료 비선형성을 고려하여 가장 강성이 뛰어난 구조물을 구하는 것이 목적이다. 정적인 문제에서는 일반적인 예제 4가지와 실질적인 구조물 예제 및 3차원 예제를 이용하여 인공 벌군집 알고리즘이 정적인 선형 구조물에 대한 적용가능성을 위하여 적합치 업데이트 기법과 웨글지수 업데이트 기법을 제안하였다. 동적인 문제에서는 문제의 특성으로 인하여 발생하는 문제점들을 해결하기 위하여 향상된 적합치 계산법과 필터링 치수 변환기법을 제안하였다. 또한, 제안된 기법들을 이용하여 선형, 재료, 기하, 기하 및 재료 비선형의 문제에 대하여 확대 적용하였다. 그 결과, 비선형 문제에서 발생하는 문제점에 대하여 필터링 치수 변환기법이 잘 적용된다는 것을 입증하였다. 따라서, 본 연구에서는 인공 벌군집 알고리즘을 이용하여 위상최적화를 수행할 경우, 정적, 동적, 비선형 문제에 대하여 제안된 알고리즘의 적용가능성과 효율성, 안정성, 강건성을 입증하였고, 각 문제에서 발생할 수 있는 문제점에 대하여 제안된 기법이 잘 적용되는 것을 입증하였다.