최근, 복잡해진 도심지의 토지이용률을 향상시키기 위해 원형 강기둥 구조물의 건설이 점차 요구되고 있다. 원형강기둥 구조물은 유효단면적을 감소함과 동시에 내하력 증가 효과를 기대할 수 있다. 그러나 이러한 원형 강기둥 구조물은 지진 및 피로와 같은 반복하중 작용시 국부좌굴 및 대변형 현상이 발생하며 이로 인하여 대상구조물의 성능이 감소된다. 이러한 내하력 감소 현상을 방지하기 위해 최근 원형 강기둥에 환보강재(다이아프램)의 적용을 고려할 수 있다. 수직보강재의 적용으로 인한 좌굴내하력 및 내진성능의 증가효과는 이미 연구된 바 있으나 다이아프램에 관한 연구는 아직 전무한 실정이다. 단조 및 반복하중 작용시 국부좌굴 및 변형을 효과적으로 방지하기 위해서는 원형강교각에 적용된 다이아프램 설치위치가 중요한 역할을 한다. 그러나 설치위치의 변화에 따른 다이아프램의 내진성증 증가효과에 관해서는 아직 명확히 밝혀지지 않았다. 본 연구에서는 기하학적, 재료학적 비선형을 고려한 유한요소프로그램을 이용하여 탄소성해석을 수행하였다. 즉, 다이아프램 설치위치를 파라메타로하여 내진성능을 검토하였다. 본 연구에서는 각 해석모델의 내하력 및 에너지 소산효율을 비교함으로서 원형강교각에 적용된 다이아프램에 관한 내진성능을 명확히 하였다.

환경오염에 대한 관심이 높아지고 새롭게 고조됨에 따라, 에너지 관련해서도 대체에너지 이용에 관한 연구가 부각되고 있다. 신 재생에너지라고 불리는 대체에너지는 무공해, 무한정의 다양한 자연에너지의 특성과 이용기술을 활용하여 화석연료를 사용하는 기존에너지를 대체하는 에너지이다. 이러한 대체에너지 중 풍력 및 태양에너지는 그 자원이 무한정이며 환경에 미치는 영향이 거의 없이 이용할 수 있다. 두 발전시스템은 상호 보완적으로 연계된 발전시스템으로 통상적으로 조합되어 운용되어진다. 본 논문에서는 일정기간의 풍속, 풍향, 계절 등의 기상 조건의 변화에 따른 데이터를 분석하여 목포해안지역에서 경제적이고 효율적인 복합발전시스템의 적용가능성을 제안해 보고자 한다.

Optimal weighting matrix in LQR method for determining sliding surfaces is proposed for different types of sliding mode controllers (SMC). In order to identify the control performance variation of SMC accorcling to the dynamic characteristics of sliding surfaces, parametric study is performed for single-degree-of-freedom (SDOF) systems and control force limit is considered. Also, based on the results from SDOF systems，a procedure for optimal weighting matrix is proposed for multi-degree-of-freedom systems. Numerical analyses show that the SMC using proposed weighting matrix provide better control performance than the existing SMC, and it uses less control energy.

  This paper considers a topological optimization of a computer network design with a cost constraint. The objective is to find the topological layout of links, at maximal reliability, under the constraint that the network cost is less or equal than a giv

본 연구에서는 설계민감도 해석기법을 사용하여 구조물의 안정성, 즉 좌굴을 고려한 형상 최적설계를 수행하였다. 형상 변수를 고려한 설계민감도 해석을 수행하기 위해 전미분 개념을 도입하고, 이를 이용하여 연속체기반의 변분방정식을 미분하여 민감도공식을 유도하였다. 기존의 유한차분법과 비교할 때 설계민감도 해석법의 장점은 설계변수의 갯수에 상관없이 매우 적은 해석횟수를 가지고도 민감도를 더 정확하게 계산할 수 있으며, 해석결과만을 이용하여 민감도계산을 수행하므로 상용 해석 소프트웨어를 활용할 수 있다는 것이다. 한편 좌굴문제를 다룰 때는 일반적으로 보나 쉘 같은 구조요소를 이용하지만 본 연구에서는 솔리드 요소를 이용한 연속체 모델로 고려하였는데 그 이유는 연속체 모델을 이용하면 뚱뚱한 형상뿐만 아니라 보나 쉘 같은 슬림(slim) 한 모델을 모두 해석할 수 있기 때문이다 설계민감도를 활용하여 여러 가지 좌굴문제에 대해 형상 설계민감도 계산 및 최적설계를 수행하였다. 그 결과 실행함수가 매우 빠르게 수렴하는 것을 확인할 수 있었고, 설계변수가 많아지고 해석시간이 길어질수록 더 효율적인 것을 알 수 있었다.

이산화 된 구조물의 위상최적화 과정은 균일하게 분포된 재료 밀도의 위상으로 표현되는 초기 설계영역을 시발점으로 한다. 최적화 과정 동안 구조물의 위상은 고정된 설계영역 내에 주어진 최적화 문제를 만족시키는 방향으로 변화하면서, 최종적으로 최적 위상의 재료 밀도 분포를 생산한다. Eschenauer et al.에 의해 제안되었던 설계영역 안에 구멍을 도입하는 개념은 원래 경계면의 최적화 문제에 대해 설계변수의 유한적인 변화를 촉진시켜 최적화의 수렴성 개선을 도모하기 위함이었으나, 위상최적화의 관점에서는 초기 위상의 정의에 따라 다양한 최적 위상이 생산되는 것을 의미한다. 본 연구에서는 초기 설계영역 안에 국소적인 솔리드 상을 도입해 초기 위상에 변화를 주었을 때, 한정된 재료 하에 구조물에 배치 가능한 다양한 최적 위상을 산출할 수 있음을 검증하였다. 수치 예제로서 초기 설계영역 내에 다양한 치수를 가지는 국부적인 원형 솔리드의 고정된 개수를 투입하여 간단한 MBB-보의 위상최적 설계를 수행하였다.

이 연구에서는 인접한 두 빌딩의 진동제어를 위한 방법으로 선형 점성 감쇠기의 위치별 용량의 최적설계방법을 제시하고자 한다. 기존 연구들에서는 감쇠기의 균등분포 또는 층별 감쇠비의 민감도에 비례하는 분포의 가정 하에서의 준최적(suboptimal) 설계문제를 다룬 반면, 이 연구에서는 감쇠기의 위치별 용량을 독립적인 설계인자로 고려함으로써 전역 최적해를 결정하는 최적화기법을 다루었다. 이를 위하여 넓은 영역에서 다수의 설계변수를 효율적으로 검색할 수 있는 유전자 알고리즘(genetic algorithm)을 도입하였으며, 제어 성능 및 감쇠용량에 대한 목적함수의 정의를 달리함으로써 얻어지는 여러 최적설계 결과를 상호 비교하여 보다 최적의 해를 구할 수 있는 목적함수를 정립하였다. 기존 연구결과와의 제어성능 및 감쇠용량의 비교를 통하여 제시하는 방법의 효율성을 검증하였다. 아울러 서로 상이한 주파수 성분을 띄는 실제 역사지진에 대한 시간이력해석을 통하여 제시하는 방법이 인접 구조물의 효과적인 제진설계방법이 될 수 있음을 입증하였다.

본 연구에서는 위상최적화 알고리즘의 수렴성을 개선하기 위해 설계영역에 초기 구멍을 도입하는 방법을 제시하는데, 이것은 경계면에 기초한 최적화 방법의 느린 수렴성을 완화하기 위해, Eschenauer et al.에 의해 고안된 버블 방법의 설계영역 안에 구멍을 도입하는 개념과 연계된다. 버블 방법과 달리, 제안된 방법에서는 최적화 과정동안 구멍의 위치를 정의하는 특성함수를 이용하지 않고, 최적화 초기화 단계에서만 초기 구멍을 도입하는데, 이러한 초기 설계영역 안의 솔리드와 보이드 영역들은 고정되는 것이 아니라 합쳐지거나 쪼개지면서 변화된다. 따라서 위상최적화 알고리즘에서 구멍의 이동에 관련된 복잡한 수치적인 계산 없이 자동적으로 설계변수의 유한변화를 더욱 강화시키기 때문에 목적함수 값의 수렴성을 개선할 수 있다. 본 논문에서는 다양한 치수와 형상의 구멍을 포함하는 초기 설계영역을 가지는 Michell형 보의 위상 최적설계를 밀도분포법으로 불리는 SIMP를 이용하여 수행하였다. 이를 통해 위상최적화의 수렴성을 개선하고 최적위상과 형상에 영향을 미치는 초기 구멍의 효과를 검증하였다.

To improve the practical application of the thermal expansion of closed long pipeline exposing to external heating sources such as solar energy, safety engineering and system optimization for relief valve in the closed piping system are suggested through theoretical approach, correlation in view of temperature and pressure increase caused by external solar energy in the closed piping system. The profile for thermal relief valve including relieving capacity, influx heat energy, sizing criteria, set pressure, selection against back pressure is also presented. It is noted that following topic on solar relief valve should be applied to engineering, installation and commissioning.

구조물의 최적 설계는 유한요소해석과 그것을 상용할 수 있는 컴퓨터 기술의 진보와 함께 발전해 오고 있다. 특히 위상 최적설계는 제한 조건들을 만족하는 구조물의 형상뿐만 아니라 최적 위상을 산출할 수 있다는 점에서 최근들어 많이 사용되고 있다. 일반적으로 유한요소해석은 영계수나 프와송 비와 같은 구조물의 재료특성 계수와 작용 하중 같은 변수들의 확정된 값을 가정하여 사용하나, 실제적으로 이러한 값들은 외부 환경의 영향이나 제조과정의 에러 등으로 인한 불확실성을 가진다. 따라서 정적 또는 동적인 구조응답 해석에서 다른 추이를 보일지도 모르며, 이는 구조물의 최적설계에도 영향을 미칠 수 있다. 본 논문에서는 구조물의 정적응답 해석에 대해 불확실성을 고려하는 간격 유한요소방법을 이용하여 구조물의 위상최적설계를 수행하고 그 해법을 제시하였다. 구조물의 최적설계 결과는 이전에 사용되었던 결과와 비교를 통하여 그 타당성을 입증하였다. 본 해석방법은 기존의 밀도분포법과 유한요소해석에 의한 위상설계와 비교하여 간단한 방법으로 서 선형 탄성 구조 응답의 불확실성을 고려하는 대체적인 구조물의 위상 최적결과를 예측할 수 있다.

지진응답 제어를 위하여 사장교 구조물에 장착된 준능동MR 댐퍼의 경제적 효율성 평가기법을 제안하였으며, 다양한 지반운동 특성에 대하여 비용효율성을 극대화하는 MR 댐퍼의 최적용량에 대한 분석을 수행하였다. MR 댐퍼의 비용효율성 평가를 위하여 생애주기비용 개념을 적용하였으며, 생애주기비용을 이루는 비용항목 중 손상비용의 기대값을 평가하기 위하여 지진재해로 인한 사장교의 파괴확률을 추정하였다. 사장교의 파괴로 인한 직 간접 손상비용의 규모를 매개변수로 하여 비용효율성을 평가하였다. 비용효율성 평가지수는 MR 댐퍼의 장착으로 인한 추가 투자비용과 사장교 구조물의 손상비용으로 이루어진 함수로서, 탄성받침이 사용된 기존의 설계에 대한 경제적 효율성을 나타내도록 정의하였다. 사장교의 지진응답 제어를 위하여 장착된 MR 댐퍼는 경제적으로 효율적인 대안인 것으로 나타났다. 지반운동의 특성과 손상비용 규모에 대한 MR 댐퍼의 최적 용량을 분석한 결과, 지진위험도 및 손상비용 규모가 커짐에 따라 가장 높은 비용효율성을 가지는 MR 댐퍼용량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

이 논문에서는 진동형상의 민감도로 유도한 피셔정보행렬(Fisher Information Matrix)를 이용하는 가속도계의 최적위치 결정 기법 MS-EIDV(modal sensitivity-effective independence distribution vector)을 제안하고, 이를 사용하여 구조물의 동적 거동을 잘 반영하여 가속도계의 최적위치를 결정할 수 있는 합리적인 기준을 제시한다. 실험을 위한 가속도계의 최적위치는 구조물의 변수가 기지값이어야 결정되지만 구조물의 변수값은 실험결과를 사용한 SI(system identification)기법과 같은 역해석을 통해 구해지기 때문에, 본 논문에서는 구조변수의 오차를 감안하여 미지의 구조물의 현 상태를 통계적으로 반영하는 방법을 제시하였다. 제안된 방법들의 검증을 위해 주파수영역 SI기법을 적용하였으며, 구조변수 추정 결과를 통해 현장에서 계측하고자하는 진동형상의 수에 따른 최소 필요 가속도계의 개수를 제시하였다. 수치예제에서는 진동형상만을 이용한 최적위치 결정법인 EIDV기법과 제안된 MS-EIDV기법에 의해 추정된 구조 변수 결과를 비교하였다.

기존의 유한요소모델개선기법들은 측정에 의한 모달 데이터와 해석적으로 계산된 시스템 행렬로 구성된 수학적인 목적함수를 사용하거나 업데이팅 변수에 관한 모달 특성의 미분함수를 사용하여야만 한다. 따라서 교량구조물과 같은 복잡한 구조물에의 적용이 어렵고 역해석에 있어 해의 안정성 문제가 발생할 수 있다. 또한 개선된 모델이 물리적인 의미를 지니지 못할 수도 있다. 본 논문에서는 유전자알고리즘과 Welder-Mead의 심플렉스기법을 사용한 하이브리드 최적화 유한요소모델개선기법을 제안하였다. 하이브리드 최적화 기법의 성능을 검증하기 위해 3개의 국부최소값과 1개의 전체최소값을 갖는 Goldstein-Price 함수를 사용하여 비선형문제에 대한 적용성을 검토하였다. 또한 최적화목적함수의 영향을 검토하기 위해 10개의 자유도를 갖는 스프링-질량 모델을 사용하여 변수연구를 수행하였다. 최종적으로 수치해석을 통해서 질량과 강성을 동시에 개선하기 위한 최적화 목적함수를 제시하고, 제안된 하이브리드 최적화 기법이 유한요소모델개선을 위해 매우 효과적인 방법임을 입증하였다.