경계요소법과 근사해석법을 이용한 피로 수명 형상 최적설계

Abstract

부분 유한 차분의 개념을 포함하는 근사 해석적 설계 민감도 계산 방법을 경계 요소법의 수식화에 적용하였다. 직접 미분법을 이용하여 구한 민감도 결과와 비교하여 이 방법으로 구한 민감도의 정확성과 수렴성을 비교하였다. 이 방법과 경계요소법의 특징을 이용하여 효율적인 설계 민감도의 계산을 할 수 있었다. 피로수명을 형상 최적설계의 제한 조건으로 고려하였다. 변형률-기초 접근법이 보다 일반적인 접근법이지만 응력-기초 접근법을 이용하여 피로 수명을 계산하였다. 탄성 변형이 주로 발생하는 긴 수명영역에서 이 두 방법은 거의 같은 결과를 나타낸다. 실제의 응력-수명 곡선을 근사한 응력-수명 곡선을 이용하였다. 피로 수명의 설계 민감도는 근사적 응력-수명 곡선을 설계변수에 대해 직접 미분함으로써 계산하였다. 인장-압축과 부하-제하의 하중을 하중 조건으로 고려하였다. 부하-제하의 하중 조건인 경우 개선된 굳맨(Modified Goodman) 방법을 이용하여 평균 응력 효과를 고려하였다. 토크암 문제와 항공기 체결 러그 문제를 예제로 선정하였다. 몇 가지 다른 형태의 형상 최적화 수식을 두 예제에 적용하고, 각각에 대해서 결과를 비교하였다.