등가정하중법을 이용한 비선형해석 문제의 파라미터 결정

Abstract

컴퓨터 기술 발전에 따라 구조최적설계 발전에 많은 영향을 주었다. 선형 정적 해석 및 비선형 동적 해석을 이용하는 최적설계 방법들이 많이 있다. 그러나 실제 충돌 상황에서는 비선형 동적 문제인 경우가 많다. 구조의 거동 및 응답을 더 정확하게 계산하기 위해 정확도가 높은 비선형 동적 해석 방법과 적절한 설계변수, 목적함수, 제한조건들이 필요하다. 동시에 비선형 동적 해석은 소요되는 시간은 많고 비용도 커서 구조최적설계는 어려워진다. 이에 비선형 동적 응답 구조최적설계 기법으로 등가정하중법이 개발되었다. 구조최적설계에서 해석은 이미 알려진 외력과 구조물의 파라미터에 대하여 응답을 계산한다. 식별은 반대로 외력과 응답이 알려져 있고 시스템의 특성을 구하는 해석의 역문제이다. 특성은 두께, 영률 등 파라미터인 경우 파라미터 식별이라 부른다. 본 연구에서는 등가정하중법을 이용한 비선형 해석 문제의 파라미터 결정을 제시한다. 제안한 방법은 등가정하중법을 이용하여 비선형 동적 해석문제를 선형 정적 문제로 변환해서 정확성을 유지하고 소요되는 시간을 감소시킨다. 또한 비선형 동적 충돌을 받는 구조물의 물리 파라미터의 결정이나 예측을 할 수 있다. 식별되는 구조물의 시뮬레이션 변위 응답 값을 이미 알고 있는 실험값 결과와의 비교를 통해 제안한 방법의 유용성을 검증한다. |It is well known that nonlinear dynamic response analysis and optimization for large scale structures are quite difficult and expensive. A simplified model could be a good alternative to save the time and cost. A simplification method is proposed based on a parameter identification method. A large scale finite element (FE) model is transformed to a simple model. Some parameters of the simplified model are determined to make the responses of the two models close. An optimization process is utilized to minimize the differences of the two responses. Since nonlinear dynamic analysis is involved in the optimization process, the equivalent loads method is employed. It is noted that the parameters to be determined include general design variables and material constants such as Young’s modulus. A mathematic example is solved as well as engineering problems. Especially, a battery structure of an electrical vehicle is simplified considering an impact situation. The results show that the proposed method is quite excellent.