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재시동 조건을 이용한 유전자 알고리즘의성능향상에 관한 연구
임오강,최정묵,이진식 한국전산구조공학회 2002 한국전산구조공학회논문집 Vol.15 No.2
The genetic algorithm(GA), an optimization technique based on the theory of natural selection, has proven to be relatively robust means to search for global optimum. It is converged near to the global optimum point without auxiliary information such as differentiation of function. When studying some optimization problems with continuous variables, it was found that premature saturation was reached that is no further improvement in the object function could be found over a set of iterations. Also, the general GA oscillates in the region of the near global optimum point so that the speed of convergence is decreased. This paper is to propose the concept of restarting and elitist preserving strategy as a measure to overcome this difficulty. Some benchmark examples are studied involving 3-bar truss and cantilever beam with plane stress elements. The modifications to GA improve the speed of convergence. 유전자 알고리즘은 적자 생존과 자연친화의 유전이론을 기초로 하여 이루어진 탐색기법이다. 유전자 알고리즘은 미분 정보 등과 같은 부가적인 정보없이 수렴함으로 전역적 최적값을 탐색하는 강인한 탐색기법으로 알려져 있다. 유전자 알고리즘은 연속형의 설계변수를 가지는 문제에서 세대가 계속 진행되어도 목적함수의 개선이 없이 조기에 수렴하는 경우가 있다. 또한 전역적 최적값 근처에서 수렴하지 못하고 목적함수값이 진동하여 수렴속도가 떨어지는 단점이 있다. 본 연구에서는 위와 같은 유전자 알고리즘의 단점을 보완하고자 재시동 조건과 엘리트 보존방법을 제안하였다. 수정된 유전자 알고리즘의 유용성을 검증하기 위해 3부재 트러스와 평면응력 외팔보에 적용하여 수렴 속도의 향상을 확인하였다.
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임오강,류재봉,박배준,이병우 한국전산구조공학회 1998 전산구조공학 Vol.11 No.1
길이가 긴 원통형 실린더를 구성하는 데에 사용될 조인트 부재에 대한 공차설계를 수행하였다. 즉, 원통형 실린더를 체결할 때 사용되는 조인트 부품 가운데 스터드 볼트를 최소 민감도해석에 의해 공차설계를 하였다. 조인트 부재의 공차설계를 위한 최소 민감도 해석에 의한 정식화는 목적함수가 폰 마이세스 응력의 공차에 대한 민감도이고, 여러 부등호 제약식 중에서 자중이 부등호 제안식에 포함된다. 조인트 부재의 경우 자중에 대한 타당한 부등호 제안식을 설정하기 위하여 우선 확정적인 경우에 대한 최적설계를 수행하여 그 범위값을 선정하였다. 원통형 부재의 구조 응답은 축대칭 유한요소로서 구조해석을 수행하여 제안식을 설정하였으며, 직접미분에 의해서 설계 민감도를 구하여 ,최적화 알고리즘과 결합하여 최적의 공차를 제시하였다. A general formulation of the long cylinder tolerance design for the joint structure is here presented. The aim of this paper is to calculate the tolerance of joint by defining tolerance as a kind of uncertainty and to obtain the robustness of the joint structure. It is formulated on the bases of the minimum sensitivity theorem. The objective function is the tolerance sensitivity for the Von-Mises stress. It also took into full account the stress, displacement and weight constraints. PLBA(Pshenichny-Lim-Belegundu-Arora) algorithm is used to solve the constrained nonlinear optimization problem. The finite element analysis is performed with CST(Constant-Strain-Triangle) axisymmetric element. Sensitivities for design variables are calculated by the direct differentiation method. The numerical result is presented for the cylindrical structure where the joint tolerance is treated as random variables.
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상용프로그램을 사용한 트러스 구조물 근사최적설계 GUI 환경 개발
임오강,이경배 한국전산구조공학회 2003 한국전산구조공학회논문집 Vol.16 No.4
본 연구에서는 순차 설계영역 (SDD: sequential Design Domain) 개념을 사용한 GUI(Graphic User Interface)환경 프로그램을 개발하였다. 본 프로그램은 상용프로그램인 ANSYS와 최적설계 프로그램인 PLBA(Pshenichny-Lim-Belegundu-Arora)를 연결하고 비주얼 베이직을 이용하여 GUI환경에서 사용자가 초기값과 입력파일을 작성하고 결과를 확인할 수 있도록 하였다. 프로그램의 신뢰도를 검증하기 위해서 3부재 및 5부재 트러스 구조물을 수치예제로 선정하여 해석하였다. In this paper, an approximate optimization program based on GUI(graphic user interface) environment is developed. This program is coded by using Fortran and Visual basic. Fortran is used to Progress approximate optimization process. Visual basic is used to make user environment for user to use conveniently. Inside of this program, it uses two independent programs. One is commercial program, ANSYS, and the other is optimization program, PLBA(Pshenichny-Lim-Belegundu Arora). The former is used to obtain approximate equation of stress and displacement of a structure. The latter is used to solve approximate optimization. This algorithm uses second-order information of a function and active set strategy. This program is connecting ANSYS and PLBA. And it progress the process repeatedly until it obtain optimum value. As a method of approximate optimization, sequential design domain(SDD) is introduced. SDD starts with a certain range which is offseted from midpoint of an initial design domain and then SDD of the next step is determined by optimal point of a prior step.
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임오강,유완석,김우현,조재승 한국전산구조공학회 2003 한국전산구조공학회논문집 Vol.16 No.1
Wheel for passenger car support the car weight with tires, and they transmit rolling and braking power into the ground. Whittling away at wheel weight is more effective to boost fuel economy than lighting vehicle body structure. A shape of hole in disk is optimized for minimizing the weight of steel wheel. Pro/ENGINEER program is used for formulating the design model, and ANSYS package is selected for analyzing the design model. It has difficulties to interface these commercial software directly. For Combining both programs, response surface methodology is applied to construct approximation functions for maximum stresses and maximum displacements are obtained by full factorial design of five levels. This steel wheel is modeled in 14-inch diameter of rim, and wide parameter of hole in disk is only selected as design variable for reducing the weight of steel whee. PLBA(Pshenichny-Lim-Belegundu-Arora) algorithm, which used the second-order information in the direction finding problem and uses the active set strategy, is used for solving optimization problems. 승용차의 휠은 타이어와 차체 무게를 지지하며, 회전력과 정지력을 노면으로 전달한다. 휠의 경량화는 차량의 연료효율에 효과적이므로, 스틸휠이 무게를 최소화하도록 디스크 홀이 형상을 최적화 하였다. 설계모델은 Pro/ENGINEER를 사용하여 설정하고, 설계모델의 해석은 ANSYS를 이용하였다. 범용 소프트웨어간의 직접적인 자료의 전달이 어려우므로 두 프로그램을 병합 사용하기 위해, 반응표면법을 이용한 근사함수를 구하였다. 5수준의 요인배치법의 실험값을 사용하여 최대응력과 최대 변위를 추출하였다. 초기 모델은 14인치 승용차용 스틸휠을 사용하였고, 디스크 홀의 폭을 설계변수로 선택하였다. 순차이차계획법과 활성화제약조건을 사용하는 PLBA(Pahenichny-Lim-Belegundu-Arora) 알고르즘을 이용하여 최적해를 구하였다.
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입자보강 복합재료의 등가 재료상수 예측기법을 이용한 위상 최적설계
임오강,이진식 한국전산구조공학회 1998 한국전산구조공학회논문집 Vol.11 No.4
본 연구에서는 기지개와 미시구멍으로 구성된 복합재료에 입자보강 복합재료의 등가 재료상수 예측기법인 평균장 근사이론과 등가원리를 적용하여 위상 최적화에 필요한 등가 재료상수와 설계변수와의 상관관계식을 유도하였다. 또한, 유도된 관계식에 중간값을 갖는 설계변수의 수를 줄이기 위하여 벌칙인자를 도입하였다. 그리고 본 연구의 타당성을 검증하기 위하여 벌칙인자가 도입된 위상 최적화문제를 순차이차계획법인 PLBA 알고리즘을 이용하여 해석하였다.
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