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응용사례 (Solution & Applications)

3-8. 구조 설계 최적화 (Structural Design Optimization)상위메뉴 >

FEMTools Optimization에서 수행할 수 있는 사례는 아래와 같다.
  • 임의의 비선형 최적화
  • 크기 최적화 (Parametric)
  • Topometry 최적화 (쉘 두께)
  • Topograph 최적화 (비드)
  • 매쉬 모핑(Morphing)에 의한 모양 최적화
  • 플레이트 및 솔리드의 Topology 최적화
  • 재료 최적화
  • 설계 공간 탐색 (변수분석, 실험설꼐, 응답표면, …)
응용사례 (Application Case)

Ogden 재료특성의 실별
Ogden 재료 모델은 유한요소 프로그램에서 비선형 탄성체의 거동을 시뮬레이션 하기위하여 자주 사용되며 Ogden 모델의 재료 매개변수 값은 재료에 따라 크게 다르게 나타난다. 유한요소 시뮬레이션에서 Ogden 모델을 사용하는데 있어서 주요과제는 Ogden 재료 매개변수의 값에 대한 신뢰할 수 있는 추정치를 찾는것이다. 부과된 변위와 결과적인 반력사이의관계는 혼합된 수채-실험적 접근법을 사용하여 이들 물질 매개변수를 식별하는데 사용될 수 있으며 이 접근법서 목표는 시뮬레이션 된 반력 곡선을 측정된 반력 곡선에 맞추는 것이며 계산에서 가장 효율적인 방법은 그래디언트 기반 최적화 전력을 사용하는 것이다.

이러한 식별 루틴은 프로세스 식별 부분에 FEMTools 스크립트 언어를 사용하고 최적화 루틴에 FEMTools Optimization을 사용하여 구현되었으며, MSC.Marc를 사용하여 반응력 곡선을 계산하였다. 자세한 내용은 아래의 응용을 참조하기 바란다.

  • Identification of Ogden Material Parameters using FEMtools, October 2008.
    (다운로드 PDF GO)

완전한 배기 시스템의 동적 응답 최적화
유한요소 모델링을 사용하여 완전한 배기 시스템의 동적 응답을 맞추기 위하여 최적화 방법을 사용할 수 있다.

최적화 절차가 시작되기 전에 FE모델은 모달 시험데이터를 사용하여 업데이트 되어야 한다. 이 예비 단계는 초기 FE모델의 유효성을 보장하는데 피룡하다. 실제 최적화 루틴은 내부루틴과 외부루틴의 두가지 반복 루틴으로 구성된다. 내부 반복 루프는 모달 도메인의 수정기술을 사용하여 최적화를 수행하여 의 동적응답 변경을 예측하여 이러한 방식으로 구조를 계산 효율적인 방식으로 최적화 할 수 있다. 그러나 모달 도메인 예측은 제한된 매개변수 범위내에서만 확하다. 따라서 매개변수 변경이 모달 도메인 예칙의 신뢰 영역 경계를 넘어서면 외부 반복 루프가 전체 유한요소 모델을 다시 평가한다. 재평가 솔루션은 내부 반복루프에서 모달 도메인 예측을 위한 개선된 기반으로 사용된다.

제안된 최적화 방법은 승용차 배기 시스템이 유한요소 모델에 설명되어 있으며 배기시스템은 4개의 진동 절연장치를 사용하여 차체에 연결된다. 배기시스템에 의해 격리장치를 통해 차체로 전달되는 힘을 설계 사양 아래로 유지하여 디커플링 요소의 강성을 최적화하기 위하여 최적화가 수행된다. 배기시스템의 우수한 NVH(Noise Vibration Harshness) 성능을 보장하는 것이 목표이다.

다음 논문은 이 응용분야에 대한 완벽한 개략이다.

  • T. Lauwagie, J. Strobbe, E. Dascotte, J. Clavier, M. Monteagudo, Optimization of the Dynamic Response of a Complete Exhaust System, presented at the International Seminar on Modal Analysis 2008 (ISMA), September 15-17, 2008, Leuven, Belgium. (다운로드 PDF  GO)

기타 최적화 관련 자료
유한요소 모델링을 사용하여 완전한 배기 시스템의 동적 응답을 맞추기 위하여 최적화 방법을 사용할 수 있다.

  • E. Dascotte, Integration of FE Model Validation, Uncertainty Analysis and Design Improvement using the FEMtools Framework Toolbox, Presented at the OPTECH04 conference, May 2004, Breckenridge, Colorado (다운로드 PDF  GO)
  • T. Koizumi, N.Tsujiuchi (Doshisha University), I. Kubomoto, E. Ishida (Kubota Corp.), F. Ohtani, Optimizing a Tractor Frame for Improved Cabin NVH, SAE Off Highway Engineering, September 2000, pp 45-49.