FEMTools Optimization은 일반 및 구조 설계 최적화 문제를 해결하기 위한 도구 상자이다.
Modal Updating과 조합되어 사용하며 검증되고 업데이트 된 유한요소 모델에서 설계 최적화를 수행할 수 있는 고유한 가능성을 제공한다.
작용하중, 설계 구속조건 및 필요한 구조적 거동에 기초하며 고려된 구성요소 및 어셈블리에 대한 최적의 설계 매개변수는 최신의 기술을 사용하여 기존의 방법보다 훨씬 빠른 결과를 제공한다. FEMTools Optimization은 문제 정의에 거의 무제한의 유연성을 제공하고 선호하는 FE솔버를 사용하여 최적화 문제를 해결할 수 있는 개방형 아키텍처를 제공합니다.
FEMTools Optimization은 다음의 기능을 포함하고 있습니다.

• Sensitivity Analysis: 매개 변수의 변경이 구조적 응답에 어떤 영향을 미치는지를 분석
• General Non-Linear Optimization: 임의의 비선형 최적화 문제를 해결
• Size Optimization: 단면이나 두께와 같은 구성요소의 매개변수를 최적화
• Shape Optimization: 기존 구성요소의 모양을 최적화
• Topometry Optimization: 주어진 하중에 대하여 최적의 레이아웃으로 설계 작성
• Design of Experiments and Response Surface Modeling: 설계 공간을 효율적으로 샘플링하고 대략적인 모델을 생성
  
  
  

• 가정 분석(What-If-Analysis): 모델링가정이 모달 매개변수 또는 다른 응답에 미치는 영향을 연구
• 변수 분석(Variational Analysis): 전체 설계 공간에 있어서 설계 변수와 응답 사이의 관계를 연구
• 사전시험 분석(Pretest Analysis): 민감도 분석은 모달 매개변수에서 센서 질량 하중에 대한 효과를 연구하는 것과 같이 사전 시험 계획 응용 프로그램에서 사용할 수 있음.
• 주어진 응답과 매개변수 조합에 대하여 구조물의 민감한 곳과 둔감한 영역을 확인: 이를 통하여 분석가는 모델 업데이트 선택에 포함할 매개변수 및 응답을 결정할 수 있다.
• Model Updating: 민감도 행렬을 역변환하여 Gain Matrix를 찾는다. 이 Gain Matrix에는 오류를 보상하기 위하여 필요한 매개변수 변화를 찾기 위하여 예측된 응답값과 기준 응답값의 차이가 곱해져 있다.
• 설계 최적화(Design Optimization): 모달 매개변수 값 또는 다른 응답 유형값을 이동하기 위하여 구조물에서 수정할 최적의 위치를 찾는다.
• 음향 민감도(Acoustic Sensitivities): FEMTools에서 계산된 구조적 민감도는 음향민감도 계산에 사용되는 음향 분석 패키지로 내보낼 수 있다.

민감도 계수는 매개변수 값을 수정한 결과 응답값의 변동을 정량화 한다. 응답 및 매개변수의 모든 조합에 대하여 얻은 계수는 민감도 행렬에 저장된다. 이 행렬을 분석하면 구조의 민감하고 둔감한 영역에 대한 정보가 생성되며 이러한 다양한 영역을 시각화하고 매개변수 선택을 빠르게 최적화 할 수 있도록 컬러 그래픽을 사용할 수 있다. 민감도 분석과 모델 업데이트는 사용자가 기준응답 및 매개변수를 선택해야 한다.
민감도 계수는 FEMTools에 의하여 미분 또는 유한 차분법을 사용하여 내부적으로 계산되며, 가능성은 매개변수 유형과 요소 구성에 따라 다르며 외부에서 계산된 민감도 계수를 가져 올 다. 예를들면 MSC Nastran에서 SOL200을 사용하여 계산된 감도는 모델 업데이트를 위하여 FEMTools로 가져올 수 있다.

• 모든 요소 재료특성, 기하학적 특성, 경계조건, 분포 질량 및 감쇠 계수를 매개변수로 선택
• 질량, 정적 및 동적 변위, 공진주파수, 모달 변위, MAC, FRFs 및 FRF 상관관계 함수, ODS 등을 응답으로 선택
• 국부 또는 전체 매개변수의 민감도
• 내부 민감도 해석: 절대 또는 정규화된 민감도, Fifite difference 및 differential 민감도
• 외부 민감도 해석(NASTRAN SOL200) Solver의 전처리 및 후처리
• 민감도와 Gain Matrix 해석

• 질량, 무게중심 및 질량관성 모멘트
• 정적 변위
• 변형율
• 공진주파수
• 개별 모달변위
• MAC 값
• 주파수 응답함수(FRF)갑 (주어진 주파수에서의 진폭)
• FRF 상관관계 함수 값 (Signature and amplitude correlation)
• Operational displacement Shape (변위, 속도 또는 가속도)

• 재료특성(Material properties): 탄성계수(등방성 및 이방성), Posson's ratio, 전단 탄성계수, 질량밀도
• 기하학적 요소특성(Geometriccal element properties): 스프링 강성, 두께, 빔의 단면특성 등
• 분포 특성(Lmumped properties): 분포 강성 (경계조건), 분포 질량
• 감쇠 특성(Damping properties): 몯라 감쇠, Rayleign 감쇠 계수, 점성 및 구조 감쇠 값

매개변수는 국부 또는 Global 레벨로 선택될 수 있다.

• Local parameters: 각각의 개별 요소에 적용
• Global parameters: 개별 요소 대신에 요소 집합에 적용

• Constrained Optimization: 임의의 수의 비선형 구속조건을 포함한 최적화 문제
• Multi-Objective Optimization: 임의의 수의 Objective Functions를 포함한 최적화 문제
• Least-squares distance: 일련의 기준 데이터로 최소자승 거리를 최소화 하는데 초점을 맞춘 최적화 문제
• Pareto Optimization: 미니 맥스 최적화 문제 해결
• Constraint Screening: 모든 최적화 루프(loop)로 모든 구속조건을 자동으로 스캔하고 효과적인 구속조건만 유지

• 광범위한 사이즈 매개변수를 쉽게 선택
• FEMTools 민감도 모듈을 사용한 빠른 그래디언트(Gradient) 계산
• FEMTools 스크립트 언어를 사용하여 문제 정의에 완전한 유연성을 제공
• 내부 및 외부 FE 솔버를 사용하여 최적화 문제를 해결

• 기본의 CAD 데이터 없이 FE 모델 수정
• 매쉬 Morping 기술을 사용하여 큰 매쉬 변형을 처리할 수 있다.
• FEMTools 스크립트 언어를 사용하여 문제 정의에 완전한 유연성을 제공
• 내부 및 외부 FE 솔버를 사용하여 최적화 문제를 해결

FEMTools에서 매쉬를 변경할 때 이용할 수 있는 세가지 방법이 있다.

• Lattice-Based Free Mesh Deformation: 벽돌 모양의 격자 셀 세트를 기반으로 한 매쉬변형, 격자 셀의 꼭지점을 움직여 매쉬가 변형됨.
• Skeleton-Based Free Mesh Deformation: 여러 곡선으로 연결된 일련의 제어점을 기준으로 매쉬 변형, 제어점을 움직여 매쉬가 변형됨.
• Using a Shape Basis: 변형된 매쉬는 모양기준을 정의하는 모양의 선형 조합이고 기본 모양으로 임의의 모양을 사용할 있다.

• Minimum static compliance design: 정의된 모든 하중 케이스를 고려하여 컴플라이언스를 최소화하는 Topometry를 제공
• Maximum fundamental eigenvalue disign: 첫 번째 진동모드의 공진주파수를 최대화하는 Topometry를 제공
• Minimum maximal FRF-Level: 조화(Harmonic) 하중하에서 컴플라이언스를 최소화하는 Topometry를 제공

다음의 Filter를 이용할 수 있다.

• First order checkerboard filters
• Second order checkerboard filters
• Mesh independent filters

다음의 구속조건을 이용하여 최적설계의 제조 가능성을 향상시킬 수 있다.

• Minimum member size constraints
• Symmetry constraints
• Extrusion constraints
• User-defined manufacturing constraints

• Minimum static compliance design: 정의된 모든 하중 케이스를 고려하여 컴플라이언스를 최소화하는 Topology를 제공
• Maximum fundamental eigenvalue disign: 첫 번째 진동모드의 공진주파수를 최대화하는 Topology를 제공
• Minimum maximal FRF-Level: 조화(Harmonic) 하중하에서 컴플라이언스를 최소화하는 Topology를 제공

다음의 Filter를 이용할 수 있다.

• First order checkerboard filters
• Second order checkerboard filters

다음의 구속조건을 이용하여 최적설계의 제조 가능성을 향상시킬 수 있다.

• Minimum member size constraints
• Symmetry constraints
• Extrusion constraints
• User-defined manufacturing constraints

시험설계(DOE) 기술의 각 샘플링 포인트를 평가하려면 FE모델을 추가로 실행하여야 하므로 최소 샘플링 포인트 수로 효율적으로 설계공간을 샘플링 하는것을 목표로 한다. FEMTools은 요인설계, 중앙복합설계, 라틴 하이퍼 큐브설계, D-최적설계 및 사용자 정의 설계와 같은 설계를 제공한다.
RSM(Response Surface Modeling)은 설계 변수에 따라 시스템의 응답을 예측하기 위해 DOE를 모델 대신 고려된 시스템의 응답을 최적화 할 수 있다.

• 모든 정의, 편집 및 분석이 직관적인 메뉴와 대화상자 또는 자유 형식을 사용하는 명령어와 자동화 프로세스를 통하여 이루어 진다.
• 완벽한 전자문서
• 모델 검사 및 결과평가를 위한 전용 그래픽 뷰어
• 포인트 & 클릭 대화식 선택
• FEA 및 시험 데이터에 직접 접속
• FEMTools 스크립트 언어를 사용한 제한이 없는 사용자 정의 및 확장

• FEMTools Framework with Basic FEA Solve (포함)
• FEMTools Dynamics (포함)
  상기 모듈이 포함되어 있으며 다른 요구사항은 없다.

• Upgrade FEMTools Full Version
• Add on FE Data Interface & Drivers
• Add on Modal Parameter Extractor
• Add on Rigid Body Property Extractor