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개선소성힌지해석과 유전자 알고리듬을 이용한 평면 강골조 구조물의 퍼지최적설계
이말숙,윤영묵,손수덕,Lee, Mal Suk,Yun, Young Mook,Shon, Su Deok 한국강구조학회 2006 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.18 No.2
본 논문에서는 개선소성힌지해석과 유전자 알고리듬을 이용한 평면 강골조 구조물의 퍼지최적설계 방법을 제시하였다. 개선소성힌지해석에서는 강골조 구조물의 기하학적 비선형성을 고려하기 위해 보-기둥 요소의 안정함수를 사용하였으며, 재료적 비선형을 고려하기 위해 잔류응력, 소성힌지, 그리고 기하학적 불완전성 등에 의한 점진적인 강성감소모델을 사용하였다. 유전자 알고리듬에서는 토너먼트 선택방법과 마이크로 유전자 알고리즘을 사용하였다. 목적함수로는 구조물의 총중량을 사용하였으며, 제약조건으로는 하중-저항능력, 사용성, 연성도, 그리고 시공성에 관한 기준을 고려하였다. 퍼지최적설계에서는 명확한 목적함수와 퍼지제약을 가지는 경우에 한하여 허용 오차는 제한값의 5%로 선택하고 비소속함수와 레벨컷 방법을 이용하여 0에서 1까지 0.2간격으로 나누어 최적화하였다. 여러 평면 강골조 구조물의 최적설계를 수행하여 일반GA최적설계와 퍼지GA최적설계의 최적값을 비교하였다. GA-based fuzzy optimum design algorithm incorporated with the refined plastic hinge analysis method is presented in this study. In the refined plastic hinge analysis method, geometric nonlinearity is considered by using the stability functions of the beam-column members. Material nonlinearity is also considered by using the gradual stiffness degradation model, which considers the effects of residual stresses, moment redistribution through the occurence of plastic hinges, and the geometric imperfections of the members. In the genetic algorithm, the tournament selection method and the total weight of the steel frames. The requirements of load-carrying capacity, serviceability, ductility, and constructabil ity are used as the constraint conditions. In fuzzy optimization, for crisp objective function and fuzzy constraint s, the tolerance that is accepted is 5% of the constraints. Furthermore, a level-cut method is presented from 0 to 1 at a 0 .2 interval, with the use of the nonmembership function, to solve fuzzy-optimization problems. The values of conventional GA optimization and fuzzy GA optimization are compared in several examples of steel structures.
개선소성힌지해석과 유전자 알고리즘을 이용한 반강접 강골조의 이산최적설계
이말숙,윤영묵,강문명,Lee, Mal Suk,Yun, Young Mook,Kang, Moon Myoung 한국강구조학회 2004 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.16 No.2
본 논문에서는 유전자 알고리즘과 보-기둥 접합부, 부재, 그리고 구조물 전체의 재료 및 기하학적 비선형 거동을 고려할 수 있는 개선소성힌지해석 방법을 접목시킨 평면 반강접 강골조 구조물의 최적설계법을 제안하였다. 개선소성힌지해석에서는 강골조 구조물의 기하학적 비선형성을 고려하기 위해 보-기둥 요소의 안정함수를 사용하였으며, 재료적 비선형성을 고려하기 위해 잔류응력, 소성힌지, 반강접 접합부 그리고 기하학적 불완전성 등에 의한 점진적인 강성감소모델을 사용하였다. 최적설계시 마이크로 유전자 알고리즘과 재생산을 위한 개체 선택 도구로 토너먼트 선택방법을 사용하였으며, 적합도 함수는 목적함수 및 벌칙함수로 나타낸 무제약 함수값의 조합으로 구성하였다. 목적함수로는 구조물의 중량을, 제약조건으로는 하중-저항능력, 사용성, 연성도, 그리고 시공성에 관한 기준을 사용하였다. 강접 및 반강접 접합부를 갖는 강골조 구조물의 최적설계결과의 비교를 통해 본 연구에서 제시한 방법의 적합성을 검증하였다. A GA-based optimum design algorithm and a program for plane steel frame structures with semi-rigid connections are presented. The algorithm is incorporated with the refined plastic hinge analysis method wherein geometric nonlinearity is considered by using the stability functions of beam-column members, and material nonlinearity, by using the gradual stiffness degradation model that includes the effects of residual stresses, moment redistribution through the occurrence of plastic hinges, semi-rigid connections, and geometric imperfection of members. In the genetic algorithm, the tournament selection method and micro-GAs are employed. The fitness function for the genetic algorithm is expressed as an unconstrained function composed of objective and penalty functions. The objective and penalty functions are expressed as the weight of steel frames and the constraint functions, respectively. In particular, the constraint functions fulfill the requirements of load-carrying capacity, serviceability, ductility, and construction workability. To verify the appropriateness of the present method, the optimal design results of two plane steel frames with rigid and semi-rigid connections are compared.
개선소성힌지해석과 SUMT를 이용한 평면 강골조의 연속최적설계
윤영묵,강문명,이말숙,Yun, Young Mook,Kang, Moon Myoung,Lee, Mal Suk 한국강구조학회 2004 韓國鋼構造學會 論文集 Vol.16 No.1
본 연구에서는 다제약 설계변수를 갖는 비선형 문제를 무제약 최소화 문제로 전환하는 축차무제약 최소화기법(SUMT)과 효과적인 강골조의 2차비탄성해석 방법 중의 하나인 개선소성힌지해석 방법을 접목시킨 평면 강골조의 연속최적설계 모델 및 프로그램을 개발하였다. 최적설계를 위한 목적함수로는 강골조물을 구성하는 모든 부재의 중량 합을, 제약조건으로는 AISC-LRFD의 휨강도, 전단강도, 압축 및 인장강도, 국부좌굴 및 부재좌굴, 그리고 단면형상 등에 관한 설계기준을 사용하였다. 본 연구에서 개발한 연속최적설계 모델을 이용하여 여러 평면 강골조의 최적설계를 수행하였으며, 최적설계 견과로부터 개발한 연속최적설계 모델의 사용성, 타당성, 효율성 및 경제성 등을 검토하였다. In this study, a continuous optimum design model with its application program for plane steel frame structures developed. In the model, the sequential unconstrained minimization technique (SUMT) transforming the nonlinear optimization problem with multidesign variables and constraints into an unconstrained minimization problem and the refined plastic hinge analysis method as one of the most effective second-order inelastic analysis methods for steel frame structures were implemented. The total weight of a steel frame structure was taken as the objective function, and the AISC-LRFD code requirements for the local and member buckling, flexural strength, shear strength, axial strength and size of the cross-sectional shapes of members were used for the derivation of constraint equations. To verify the appropriateness of the present model, the optimum designs of serveral plane steel frame structures subject to vertical and horizontal loads were conducted.