위상최적화기법을 이용하여 보의 기본고유진동수 최대화문제를 수행하였다. 도입된 위상최적화기법은 구조물의 모드형상에 의해서 발생되는 모드변형에너지를 바탕으로 한다. 최소화하고자하는 모드변형에너지를 목적함수로 하고 구조물의 초기부피를 제약함수로 채택하였다. 최적정기준법을 바탕으로 한 크기조절알고리듬을 유한요소내부에 존재하는 셀의 빈공간의 크기를 조절하기 위해 도입하였다. 세 가지의 다른 경계조건을 가지는 보를 이용하여 자유진동모드형상에 저항하는 보의 최적위상을 조사하였다. 수치해석결과로부터 도입된 위상최적화기법을 이용하여 도출한 보의 최적위상은 초기구조물에 비해 저차의 자유진동수가 크게 증가하는 것으로 나타났으며 특히 모드변형에너지를 이용하는 위상최적화의 경우에는 구조물의 기본진동수를 최대화하는데 매우 효과적인 것으로 나타났다.

The fundamental frequency maximization of beam structures is carried out by using strain energy based topology optimization technique. It mainly uses the modal strain energy distributions induced by the mode shapes of the structures. The modal strain energy to be minimized is employed as the objective function and the initial volume of structures is adopted as the constraint function. The resizing algorithm devised from the optimality criteria method is used to update the hole size of the cell existing in each finite element. The beams with three different boundary conditions are used to investigate the optimum topologies against natural mode shapes. From numerical test, it is found to be that the optimum topologies of the beams produced by the adopted technique have hugh increases in some values of natural frequencies and especially the technique is very effective to maximize the fundamental frequency of the structures.

• 이상진( 경상대학교 건축공학과 조교수) | Lee, Sang-Jin
• 배정은( 경상대학교 공학연구원, 초빙연구원) | 배정은