쉘 곡면 형상의 최적 설계를 위한 유한요소해석과 기하학적 모델링의 연동

Abstract

쉘의 기하 모델링과 해석은 각각 다른 배경과 목적을 가지고 발전되어 왔다. 따라서 기하 모델링과 해석을 통합한 설계 도구를 만들기에 기존의 방법은 적절하지 않다. 본 연구에서는 기하 모델링과 해석, 최적 설계를 통합한 개념을 제시한다. 이것은 B-스플라인 곡면의 표현방법에 기초를 두고 있다. 기하학적으로 정확한 쉘 유한요소를 도입하였으며, 최적 설계 부분에서는 곡면의 조정점을 설계변수로 택하였다. 또한 설계 민감도를 계산하기 위해서 준해석적 방법을 사용했고, 이를 바탕으로 순차적 선형계획법을 이용해 곡면의 형상 최적화를 수행하였다. 이렇게 개발된 통합설계 개념은 곡면의 모델링과 해석에 적합한 도구로 이용될 수 있다. Geometric modeling tool and analysis tool of shell surface have been developed in the different environments and purposes. Thus they cannot be naturally fitted to each other for the integrated design and analysis. In the present study, an integrated framework of geometric modeling, analysis， and design optimization is proposed. It is based on the common representation of B-spline surface patch. In the analysis module, a geometrically-exact shell finite element is implemented. In shape optimization module, control points of the surface are selected as design variables. For the computation of shape sensitivities, semi-analytical method is used. Sequential linear programming(SLP) is adopted for the shape optimization of surfaces. The developed integrated framework should serve as a powerful tool for the geometric modeling, analysis, and shape design of surfaces.