본 연구에서는 SOI 구조를 이용한 50μm 두계의 규소 태양전지의 이용 가능성과 제한사항을 제시하기 위하여, interdigitated contact을 이용한 전극을 형성하도록 전지를 설계한 후 단계별 사진공정을 통해 태양전지를 제조하였다. Bonded SOI wafer를 이용하여 제조된 50μm 두께의 결정질 규소 태양전지의 효율은 전극간격이 1100μm과 base width가 35μm인 경우에서 11.5%로 가장 높은 값을 나타내었다. 또한 실험결과로부터 전면전극을 이용한 태양전지의 구조는 power loss를 최소화하는 최적의 base fraction을 적용하는 것이 필요하며, 전지의 효율은 fill factor에 강한 의존성을 나타내기 때문에 fill factor loss를 최소화하는 설계조건이 필요함을 알 수 있었다.

본 연구는 횡변위 구속조건을 받는 고층철골구조물의 이산형 최적설계를 위해 효율적인 쌍대알고리즘을 제시하고자 한다. 양함수형태의 횡변위 구속조건을 설정하기 위해 가상일의 원리가 적용되면 고층철골조의 설계변수의 수를 줄여주기 위해 쌍대알고리즘내에 단면특성관계식이 추가된다. 이 알고리즘의 검증을 위하여 횡하중을 받는 네 가지 형태의 고층철골조 예제가 제시되며, 반복과정에서 수렴된 최종물량을 기존의 최적설계방법과 비교해 봄으로써 제시된 알고리즘의 효율성이 검토된다.

구조설계 과정에서 설계대안을 효율적으로 생성하여 평가하면서, 특히 다목적 환경 속에서 최적구조의 위상과 부재의 치수까지 동시에 결정할 수 있는 새로운 방식을 제시하고자 한다. 설계자가 설계대안을 생성하기 위해 설계자의 경험과 노하우를 체계적으로 구축해 놓고 이를 적절한 시기에 활용할 수 있게 하는 방법으로는 인공지능 기술의 하나인 사례기반 추론 기법을 사용하였다. 이와 더불어, 설계대안들 간의 효율적인 비교와 평가를 위해서 구조물의 계층적인 면을 고려한 새로운 유전적인 표현법을 개발하였다. 여기에 기존의 유전적 표현법을 변경시켜 생긴 여분의 효과와 계층적인 특징을 가지는 Structured Genetic Algorithm(StrGA)를 변형시켜서 사례기반 추론에 의해 생성된 설계대안들을 표현하였다. 일반적인 구조설계 과정에서는 구조물을 평가하는 기준이 여러 개가 존재하므로, 모든 대안들을 동시에 최적화 하는 과정에 Multicriteria Optimization for Genetic Algorithm(MOGA)를 병합하였다. 본 논문에서는 인공지능 기술을 이용하여 구조물의 위상설계를 할 수 있는 새로운 방법을 제안하여 그 유용성을 truss 설계문제에 대해 검토하였다.

본 논문에서는 이산성 연속형 최적성규준방법을 이용하여 다지간 부분프리스트레스트 콘크리트보의 최적설계 알고리즘을 유도하였고, 최적설계프로그램을 개발하였다. 목적함수로서 건설 경비는 콘크리트 경비, 긴장재 경비, 철근 경비, 그리고 거푸집 경비를 포함하였으며 이를 최소화하였다. 설계제약조건으로는 시방서상의 최대처짐제약, 휨 및 전단강도제약, 연성제약 그리고 설계변수에 대한 상.하한계제약을 고려하였다. Kuhn-Tucker 필요조건을 이용하여 최적성규준을 설계변수의 항으로 명시적으로 유도하였으며, 이때 설계변수로는 보의 유효깊이, 긴장재의 편심거리 그리고 철근비를 취하였다. 긴장재의 형상은 포물선함수로 고려하였으며, 구조물 자중의 영향은 긴장력에 의한 이차효과와 마찬가지로 실제시스템의 평형방정식에서 고려하였다. 설계변수들의 개선을 위한 반복과정과 컴퓨터프로그램을 개발하였으며, 수치예를 들어 개발된 기법의 응용성 그리고 효율성을 보였다.

구조 및 전기적 제약조건을 고려한 전자력 발사기의 최적설계에 대해 연구하였다. 펄스형 대전류가 흐르는 발사기의 단면적이 최소화되었으며 각 요소(레일, 측면벽, 세라믹 및 강철)의 허용응력과 예하중을 고려하였다. 전기적 제약조건은 발사기의 성능을 저하시키는 와전류 효과를 방지하기 위한 세라믹의 두께로 정하였다. 90mm발사기의 설계에서 응력해석과 최적화는 ANSYS코드를 사용하여 수행되었다. 예하중을 받는 최적설계에서는 예하중을 받지 않는 최적설계보다 53%의 단면적이 감소되었다. 레일의 원호각이 45.deg.일때 발사기의 성능이 가장 양호하다. 레일의 원호각이 45.deg.일때 Fahrenthold 연구결과와 비교하여 9%의 변형량 감소와 10.4%의 변형량 감소를 얻었고, 예하중도 186Mpa에서 59.8Mpa로 감소되었다. 연구결과는 설계 요구조건을 충분히 만족시켜 주고 있음을 보여 주었다.

본 연구는 부재의 응력, 절점의 횡변위 등 거동적 제약과 설계변수에 가해지는 부차적 제약을 받는 평면뼈대 구조물의 설계에 적용할 수 있는 최적규준을 제안하고자 하는 것이다. 변위 및 응력제약 모두에 1차 근사법을 적용하며 이는 전응력 설계방법과 다른 점이다. 비선형인 제약조건식을 푸는데 Newton-Raphson방법을 이용하고 최소치수 제약과 관련하여 설계공간을 축소하는 등 수학적으로 엄밀한 방법으로 재설계 알고리즘을 유도하였다. 적용 예를 통하여 이 방법이 정확한 방법임이 입증되었으며 전응력 설계가 최적설계가 되지 못하는 경우도 종종 발견되었다. 이 방법은 복잡한 계산과정 만큼 그 이용가치가 있으며 단순한 응력비 알고리즘을 이용하는 대부분의 최적규준 방법에 대치되어야 할 것이다. 특히, Computer의 지속적인 발전은 이 방법의 보편적인 이용을 가능하게 할 것이다.

전미분 개념과 보조변수식을 사용하여 한 평면상에 투영할 수 없는 일반 형상의 축대칭 쉘 구조물에 대한 형상 설계민감도 해석방법을 개발하였다. 이 방법의 기본 개념은 대상 구조물을 여러 구간으로 나눈후, 각 구간마다에 얕은 아치나 축대칭 쉘에 사용되는 설계민감도 식을 적용하는 것이다. 그러나 기존의 설계민감도식은 투영면에 수직한 방향의 변분에 관한 것이기 때문에 각 구간 사이의 연속성을 유지하기가 곤란하므로, 이식을 확장하여 곡면의 법선 방향 변분에 관한 민감도 식을 유도하였다. 또한 개발된 방법을 원자력발전소 부품의 최적설계 문제에 적용하여 봄으로써 그 타당성과 유용성을 보였다.

본 논문에서는 다단계다목적함수 최적화(MLMO)를 통해 철근콘크리트 뼈대구조의 최적해를 일단계단일 목적함수 최적화(SLSO)에 의한 결과와 비교하였다. MLMO방법에 의해서 간단히 가중치(Weighting factor)를 도모함으로써 경비와 처짐의 두가지 목적함수를 만족시키는 것이 가능했으며, 단계별로 제약조건식의 수를 감소시키고, 문제형성의 비선형성을 감소시킴으로써 최적화의 과정을 효율적으로 수행할 수 있었다. 또한 각 부구조물간의 설계변수의 변화에 의한 부재력의 변화를 제약조건에 반영하기 위하여 부재력변화량 추정을 하였고 부구조물의 최적화시 부재감 결합(coupling)이 가능하도록 하였다. 부구조물의 최적화시 선형화된 구조시스템의 선형화된 목적함수와 제약조건식을 사용하여 재해석 과정을 효율적으로 감소시킬 수 있었다. 최적화 과정중 초기에는 설계변수에 대한 비교적 큰 이동한계의 사용이 가능하였으며 반복회수 4호 정도에 최적해로의 효율적인 수렴이 이루어졌다.

주로 경험에 의존하여 최선의 상태를 구하는 설계방식에 반하여 수학적인 해석방법을 사용하여 체계적으로 최상의 결과를 얻고자하는 것이 최적설계이다. 이때 상태의 해석방법 뿐아니라 비선형의 설계함수의 최적화에 관한 기법 연구가 요구된다. 해석적인 비선형 최적화의 기법중 공학설계에 사용할 수 있는 수렴속도가 빠르며, 사용하기에 편리하다고 알려진 반복 이차 계획법(Recursive Quadratic Programming Method)의 매개변수들의 역할을 살피고 이들의 변화에 따른 수치성능을 비교 분석하여 계산효율이 개선된 수치적 알고리즘을 제시하였다. 설계함수들의 일차 미분정보를 이용한 근사 이차 미분정보에 의하여 최적해의 접근속도가 빠른 RQP 알고리즘의 평가를 위하여 구조물의 무게를 최소화하면서 유한요소의 응력, 변위, 최소고유진동수등의 제한조건을 만족하는 주어진 형상의 최적단면을 가지는 구조물도 설계하였다.

몇 가지의 예를 들어 점진적 붕괴가 내진설계의 중요한 설계기준이 될 수 있다는 것과 이와 관련하여 Shakedown 해석이 한 구조설계 도구로 사용될 수 있다는 사실이 밝혀진다. 이 Shakedown 해석기법을 사용하여 비선형 계획에 의한 최적 구조설계 프로그램이 개발되었는데, 이것은: (i) 탄성응력과 처짐에 대한 제약조건: (ii) 점진적 붕괴와 약충붕괴의 방지를 위한 제약조건: 그리고 (iii) 구조물의 기본주기에 대한 제약조건을 수용하고 있다. 마지막으로 내진설계의 모든 요구조건을 만족시키는 최적설계를 얻기 위하여, 이 개발된 프로그램을 이용한 5-단계 설계방법론이 제시되고 있다.

In spite of bulk literature about the tuning of TMD, the effectiveness of TMD in reducing the seismic response of engineering structures is still in a row. This paper deals with the optimum tuning parameters of a passive TMD and simulated on MATLAB with a ten-story numerical shear building. A weighted multi-objective optimization method based on computer experiment consisting of coupled with central composite design(CCD) central composite design and response surface methodology(RSM) was applied to find out the optimum tuning parameters of TMD. After the optimization, the so-conceived TMD turns out to be optimal with respect to the specific seismic event, hence allowing for an optimum reduction in seismic response. The method was employed on above structure by assuming first the El Centro seismic input as a sort of benchmark excitation, and then additional recent strong-motion earthquakes. It is found that the RSM based weighted multi-objective optimized damper improves frequency responses and root mean square displacements of the structure without TMD by 31.6% and 82.3% under El Centro earthquake, respectively, and has an equal or higher performance than the conventionally designed dampers with respect to frequency responses and root mean square displacements and when applied to earthquakes.

This study is to solve the structural optimization problem by a quantum-inspired harmony search algorithm. For the optimization, we suggest the mathematical modeling of the plane truss which is possible to minimum weight design. In its model, the cost function is minimum weight and constraint function consists of the stress.

In order to reduce seismic responses of a structure, additional dampers and vibration control devices are generally considered. Usually, control performance of additional devices are investigated for optimal design without variation of characteristics of a structure. In this study, multi-objective integrated optimization of structure-smart control device is conducted and possibility of reduction of structural resources of a building structure with smart top-story isolation system has been investigated. To this end, 20-story example building structure was selected and an MR damper and low damping elastomeric bearings were used to compose a smart base isolation system. Artificial earthquakes generated based on design spectrum of low-to-moderate seismicity regions are used for structural analyses. Based on numerical simulation results, it has been shown that a smart top-story isolation system can effectively reduce both structural responses and isolation story drifts of the building structure in low-to-moderate seismicity regions. The integrated optimal design method proposed in this study can provide various optimal designs that presents good control performance by appropriately reducing the amount of structural material and damping device.

본 연구에서는 2차 비탄성해석과 단면점증법을 이용한 평면 강골조 구조물의 최적설계 방법을 제시하였다. 2차 비탄성해석은 구조시스템과 그에 속한 부재들의 기하학적 비선형과 재료적 비선형을 고려하기 때문에 2차 비탄성해석에 바탕을 둔 설계법에서는 해석 후 개별부재의 강도검토가 필요 없다. 본 논문에서 제안한 단면점증법을 최적화 기법으로 사용하였으며 목적함수로 구조물의 중량을 사용하였다. 제약조건식은 구조시스템의 하중-저항능력, 처짐 및 층간 수평변위 등을 고려하였으며 제안된 방법에 의한 설계결과를 다른 방법에 의한 것들과 비교하여 그 효율성을 증명하였다.

구조최적화는 최근 CAD와 컴퓨터 기술이 발전하면서 구조설계부분에 널리 이용되고 있다. 본 연구에서는 30층의 강구조물을 대상으로 유한요소해석 및 어댑티브 시뮬레이티드 어닐링 알고리즘을 이용하여 최적중량설계를 구현하였다. 최적설계는 모든 설계상수와 설계하중들이 주어졌을 때, 목적함수가 최소로 됨과 동시에 모든 설계제약조건을 만족시키는 설계변수를 결정하는 설계법이라고 정의할 수 있다. 최적설계 구현을 통해 건설 측면에 있어 성능 향상과 신뢰도 향상 효과를 가져 올 수 있을 것이다.

본 연구에서는 고등해석과 유전자 알고리즘을 이용한 트러스 구조물의 최적설계를 수행하였다. 본 연구에서 사용한 고등해석은 기하학적 비선형과 재료적 비선형을 동시에 고려한다. 최적화 알고리즘으로 마이크로 유전자 알고리즘을 사용하였다. 목적함수로 구조물의 중량을 사용하였으며, 제약조건식은 구조시스템의 하중-저항능력 및 변위 조건을 고려하였다. 제안된 방법에 의한 최적설계 결과를 기존의 연구결과와 비교하여 그 타당성을 증명하였다.

본 연구에서는 고등해석과 유전자 알고리즘을 이용한 강뼈대 구조물의 직접설계시스템의 최적화를 수행하였다. 본 연구에서 사용한 고등해석은 기하학적 비선형과 재료적 비선형을 동시에 고려한다. 직접설계 시스템의 최적화를 위해 유전자 알고리즘을 사용하였다. 목적함수로 구조물의 중량을 사용하였으며, 제약조건식은 구조시스템의 하중-저항능력, 처짐, 층간 수평변위 및 연성요구 조건을 고려하였다. 제안된 방법에 의해 나타난 결과를 다른 방법에 의한 것들과 비교해서 그 효율성을 증명하였다.

본 연구는 지반조건을 고려한 브레이스된 강골조 구조물의 연속 및 이산화 내진 최적설계에 관한 내용이다. 지반조건을 고려한 구조해석과 연속 및 이산화 최적설계를 동시에 수행할 수 있는 내진 최적설계 프로그램을 개발하여 이를 브레이스가 없는 경우, Z-형, X-형의 브레이스 배치형태를 사용한 강골조 구조물에 적용하였고, 정하중, 지진하중을 고려하여 해석하였다. AISC-ASD 시방규정과 ATC-3-06에 규정한 사용성, 허용층간변위 및 다양한 제약조건을 모두 만족하는 최소중량, 설계변수 등을 도출하고, 특히 Newmark-Hall 설계스펙트럼 해석과 지반조건을 고려한 ATC 설계스펙트럼 해석 및 ATC 등가정적해석의 해석결과를 비교․분석함으로서 보다 내진에 적합한 브레이스 배치 형태 및 적용한 해석방법이 최적설계에 미치는 영향을 찾고자 하는데 그 목적이 있다.

본 연구의 목적은 다단계 동적계획법 및 축차무제약 최소화기법을 이용하여 강접 및 다양한 반강접 접합부 모델을 가진 뼈대 구조물의 최적화 알고리즘을 개발하는데 있다. Bowing effect를 고려한 비선형 보-기둥이론을 사용하였으며, 보-기둥의 접합부는 반강접접합부인 양면 복부앵글을 가진 접합부, 상․하플랜지 접합부, 양면복부앵글을 가진 상․하플랜지 접합부를 고려하여 연구를 수행하였으며, 각 접합부의 해석모델은 수정된 지수모델, 다항식 모델, 파워모델을 사용하였다. 최적화문제에 있어서 목적함수는 강재의 중량을 취하였으며, 설계변수는 부재의 단면치수를 선택하였다. 설계제약조건은 축력, 전단력 및 휨모멘트의 저항성과 사용성에 대해 수식화하였다. 본 연구에서 개발된 기하학적 비선형을 고려한 2차 탄성해석법을 이용하여 강접 및 다양한 모델을 가진 반강접 강뼈대 구조물의 종합적인 연속 최적설계 프로그램을 개발하였다.

LMTT는 항만 자동화를 위한 수평 이송이 가능하도록 설계된 셔틀카와 격자구조의 레일에 부착된 스테이터 모듈(stator module)로 구성된 PMLSM(Permanent Magnetic Linear Synchronous Motor)에 의해 구동된다. 본 연구에서는 순차적 표본방법에 기초하여 구성된 크리깅 근사모델을 이용하여 이동체의 구조최적설계를 수행하였다. 본 논문에서는 셀 요소로 유한요소 모델링된 이동체(mover)의 경량화 설계를 위하여 강도기준을 고려하고, 설계변수로는 가로빔, 세로빔, 휠 빔의 두께로 설정하였다. 순차적 크리깅모델에 의하여 구해진 최적해를 상용프로그램인 GENESIS를 이용하여 구해진 최적해와 비교, 검토하였다.