| 초록 |
연구의 목적 및 내용 많은 공학문제에는 제품의 성능을 달성하는데 불확실한 영향을 주는 요인이 존재한다. 지난 수십년간 불확실성의 영향을 고려하여 설계의 목적과 제품 성능을 달성하고자 하는 강건설계에 대한 연구가 활발히 이루어져왔다. 그러나 그 동안의 연구는 수학적인 이론 개발에 치우쳐, 실제 설계 문제에 적용하고 해결하는데 한계가 있었다. 본 연구에서는 과거 연구에 대한 분류와 분석을 통하여 구조강건최적설계에 적합한 새로운 강건성 지수를 개발한다. 새로운 강건성 지수는 유한요소법을 기반으로 하여 산업 현장에서도 쉽게 적용할 수 있도록 한다. 또한 개발된 강건성 지수를 이용하는 설계방법론을 제안하고 실제 구조 예제에 적용하여 그 유용성을 검증한다. 연구결과 3년 동안의 연구 결과는 다음과 같다. 1차년도- 기존에 수행된 목적함수의 강건성 지수들을 연구하여 크게 3가지 종류로 분류하였다. 목적함수의 변동만을 고려하는 강건성 지수, 평균과 변동을 동시에 고려하는 강건성 지수, 목적함수에 대한 확률제한조건을 고려하는 강건성 지수들을 각각 분석하였다. 그리고 각각의 장단점들과 그 한계점을 고찰하였다. 1차년도 연구결과는 연구목적인 목적 함수의 강건성 지수 개발에 근간이 되었다. 2차년도- 선행연구된 제한조건의 강건성 지수들을 조사하여 페널티 방법과 확률론적 접근법으로 분류하였다. 확률론적 접근법인 신뢰성 기반 최적설계 방법론들을 세부적으로 분류하고 장단점을 분석하였으며, 새로운 신뢰성 기반 최적설계 방법론을 제시하였다. 또한 수학 예제 풀이를 통해, 제안한 공액경사도법을 이용한 단일루프 단일벡터 방법의 성능이 다른 방법들에 비해 우수함을 검증하였다. 3차년도- 구조강건최적설계를 위해 새로운 목적함수를 확률론적 강건성 지수로 정의하였다. 제안한 목적함수의 강건성 지수는 평균 일계신뢰도법의 이론을 바탕으로 유도되며, 평균과 분산을 동시에 고려한다. 또한 제안한 목적함수의 강건성 지수와 제한조건의 강건성 확보를 위한 연구를 접목하여 강건최적설계 방법론을 확립하였다. 대형 구조물인 모바일 하버 크레인의 구조강건최적설계를 수행하고 우수한 설계 해를 얻음으로써, 제안한 강건성 지수의 우수성과 개발된 설계 방법론의 유용성을 검증하였다. 연구결과의 활용계획 많은 현장에서 강건한 설계를 위한 연구가 진행 중이며, 그 대표적인 예가 6 sigma 운동이다. 그러나 6 sigma 운동은 품질관리를 위한 공정설계 단계에 그친 실정이다. 본 연구자는 학술대회 발표 등을 통해 많은 해외의 석학들과 현장의 엔지니어들이 개발된 대형구조물의 강건최적설계 방법론에 관심을 갖는 것을 목격하였으며, 현재 제의를 받은 해외의 연구기관과 공동연구를 수행 중이다. 개발된 설계 방법론은 유한요소법 기반의 최적설계 상용 소프트웨어와 연동하여 사용할 수 있으므로 여러 산업 현장에서 손쉽게 적용될 수 있으리라 기대한다. 또한 연구 중에 개발된 여러 설계 기법들도 다양하게 적용될 수 있을 것이다. 본 연구자는 향후 국내외의 여러 연구자들과의 공동 연구를 통해 동적 특성을 갖는 비선형 응답 구조강건최적설계 연구를 더욱 심화시킬 예정이다. |
