KR101499865B1 - Method and device for optimizing topology of structures based on harmony search method - Google Patents

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KR101499865B1
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structural
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한석영
이승민
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한양대학교 산학협력단
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Abstract

Provided are a method and a device for optimizing topology of a structure by using a harmony search scheme. According to an embodiment of the present invention, there is a method for optimizing topology of a structure by using a harmony search scheme, which includes the steps of: separating design variables applied into a predefined design region into a structural element and a non-structural element; performing finite-element modeling of the structural element and non-structural elements based on the separated design variables; performing a finite-element analysis for the modeled structural element and non-structural elements; randomly searching the entire design region to search for a candidate solution based on the result of the finite-element analysis; amending positions of each element through a probabilistic selection for the candidate solution; storing the candidate solution in a harmony memory according to importance of each element; and determining the candidate solution as an optimal solution when an objective function of the structure corresponding to the candidate solution satisfies a convergence condition.

Description

조화 탐색법을 이용한 구조물의 위상 최적화 방법 및 장치{METHOD AND DEVICE FOR OPTIMIZING TOPOLOGY OF STRUCTURES BASED ON HARMONY SEARCH METHOD}TECHNICAL FIELD The present invention relates to a method and apparatus for optimizing a topology of a structure using a harmonic search method,

본 발명의 실시예들은 조화 탐색법을 이용하여 구조물의 위상을 최적화하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
Embodiments of the present invention are directed to a method and apparatus for optimizing the phase of a structure using a harmonic search.

구조 최적화(structural optimization)의 목적은 구조물의 응력 제한이나 체적 제한과 같은 제약조건을 만족하면서 가장 최고의 성능을 끌어낼 수 있는 구조물의 형태를 구하는 방법이다.The goal of structural optimization is to find the shape of a structure that can achieve the best performance while satisfying constraints such as structural stress limits or volume constraints.

설계자의 요구조건에 따라 구조 최적화는 크기(sizing), 형상(shape), 그리고 위상(topology) 최적화로 나누어지며, 특히 위상 최적화의 경우, 초기 구조물의 위상을 전혀 고려하지 않고 작용하는 경계조건과 하중조건만을 고려하여 최적의 형태를 찾아내는 방법이다.According to the requirements of the designer, the structural optimization is divided into sizing, shape, and topology optimization. In particular, in the case of topology optimization, boundary conditions and loads It is a method to find the optimal shape considering only the condition.

위상 최적화 방법으로는 solid isotropic material with penalization(SIMP)와 evolutionary structural optimization(ESO)가 있으며, 이러한 기존 방식은 다양한 위상 최적화 문제에 적용 가능하다는 점이 확인되었다.The phase optimization methods are solid isotropic material with penalization (SIMP) and evolutionary structural optimization (ESO), and it is confirmed that this conventional method is applicable to various phase optimization problems.

상기 SIMP는 전체 설계 영역을 목표로 하는 체적에 맞게 회색 요소(grey element)로 채운 뒤, 민감도 해석을 통해 중요한 부분은 점점 검은색(구조물인 부분)으로, 중요하지 않은 부분은 흰색(구조물이 아닌 부분)으로 변하게 하는 방법이다. 상기 ESO는 전체 설계 영역을 검은색(구조물) 요소로 꽉 채운 뒤 필요 없는 요소를 순차적으로 제거하여 최적 위상을 찾는 방법이다.The SIMP is filled with a gray element in accordance with the target volume of the entire design area, and then the important part gradually becomes black (the part that is the structure) and the non-important part becomes the white part Quot; portion "). The ESO is a method of filling an entire design area with a black (structure) element and then sequentially removing unnecessary elements to find an optimal phase.

상기 SIMP와 ESO를 이용하여 컴플라이언트 메커니즘(compliant mechanism)을 위상 최적화하는 방법은 몇 가지 문제점을 가지고 있다.The method of topology-compliant mechanism using SIMP and ESO has several problems.

상기 SIMP의 경우, 검은색 부분과 흰색 부분 외에 회색 부분이 존재한다. 회색 부분이 존재하는 이유는 초기에 설계 영역을 회색 요소로 꽉 채운 뒤 최적화를 수행하였고, 각 요소에 대한 설계 변수도 구조물과 구조물이 아닌 부분만으로 나누어져 있는 것이 아니라, 그에 대한 중간 영역까지 정의되어 있기 때문이다. 이런 현상은 최적화되어 나온 위상의 경계면을 확실히 정의하기가 어렵다는 문제점이 있다.In the case of SIMP, there is a gray portion in addition to a black portion and a white portion. The reason for the existence of the gray part is that the design area is initially filled with gray elements and then optimized, and the design variables for each element are defined not only by the structure and structure but also by the intermediate area It is because. This phenomenon is problematic in that it is difficult to definitively define the boundary of an optimized phase.

상기 ESO의 경우에는 구조물인 부분과 구조물이 아닌 부분들이 확실히 구분된다. 하지만, 방법론을 보았을 때 초기에 전체 설계 영역을 구조물로 꽉 채운 뒤에 목표 체적을 맞추어 가는 과정이 필요하기 때문에 상당한 최적화 시간이 소요되는 문제점이 있다.In the case of the ESO, portions that are the structure and portions that are not the structure are clearly distinguished. However, when the methodology is viewed, it takes a considerable amount of time to optimize the target volume because it is required to fill the entire design area with the structure in the initial stage and to adjust the target volume.

따라서, 상기 SIMP의 회색 영역을 해결하기 위한 각 요소의 설계 변수를 이산화하는 작업이 필요하며, 나아가 최적화를 수행하는 데 소요되는 시간이 오래 걸리는 점을 해결하기 위해 처음부터 목표 체적에 맞는 구조물 요소만을 이용하여 최적화를 수행하는 기술의 도입이 필요하다.Therefore, it is necessary to discretize the design parameters of each element for solving the gray area of the SIMP, and furthermore, in order to solve the problem that it takes a long time to perform the optimization, only the structure element It is necessary to introduce a technique for performing optimization by using the optimization technique.

관련 선행기술로는 등록특허공보 제10-1134196호(발명의 명칭: 무선 통신 네트워크에서 ABC 알고리즘을 이용하는 LAP 최적 설계 방법 및 그 장치, 등록일자: 2012년 3월 30일)가 있다.
Related prior art is the registered patent publication No. 10-1134196 entitled " LAP optimum design method and apparatus using ABC algorithm in wireless communication network, registered on March 30, 2012].

본 발명의 일 실시예는 전체 설계 영역을 조화롭게 탐색하는 조화 탐색법을 이용하여 구조물의 위상을 최적화함으로써 전역 탐색 능력 및 수렴 속도를 개선할 수 있는 조화 탐색법을 이용한 구조물의 위상 최적화 방법 및 장치를 제공한다.
A method and an apparatus for optimizing a phase of a structure using a harmonic search method capable of improving a global search ability and a convergence speed by optimizing a phase of a structure by using a harmonic search method that searches the entire design domain in a harmonious manner to provide.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
The problems to be solved by the present invention are not limited to the above-mentioned problem (s), and another problem (s) not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.

본 발명의 일 실시예에 따른 조화 탐색법을 이용한 구조물의 위상 최적화 방법은 미리 정의된 설계 영역에 적용되는 설계 변수를 구조물 요소와 비구조물 요소로 이산화하는 단계; 상기 이산화된 설계 변수에 기초하여 상기 구조물 요소와 상기 비구조물 요소에 대한 유한요소 모델링을 실시하는 단계; 모델링된 상기 구조물 요소와 상기 비구조물 요소에 대해 유한요소 해석을 수행하는 단계; 상기 유한요소 해석의 결과에 기초하여 후보 해의 탐색을 위해 상기 설계 영역의 전 영역에 대하여 랜덤 탐색을 수행하는 단계; 상기 후보 해에 대한 확률 선택을 통해 상기 각 요소의 위치를 보정하는 단계; 상기 각 요소의 중요도에 따라 상기 후보 해를 화음기억공간(HM: Harmony Memory)에 저장하는 단계; 및 상기 후보 해에 따른 구조물의 목적함수가 수렴조건을 만족하면, 상기 후보 해를 최적 해로 결정하는 단계를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a method of optimizing a phase of a structure using a harmonic search method, the method comprising: discretizing design variables applied to a predefined design domain into a structural element and a non-structural element; Performing finite element modeling on the structural element and the non-structural element based on the discretized design parameter; Performing a finite element analysis on the modeled structural element and the non-structural element; Performing a random search on the entire area of the design area for searching for a candidate solution based on the result of the finite element analysis; Correcting a position of each element through a probability selection for the candidate solution; Storing the candidate solution in a harmony memory (HM) memory according to the importance of each element; And determining the candidate solution as an optimal solution if the objective function of the structure according to the candidate solution satisfies a convergence condition.

본 발명의 일 실시예에 따른 조화 탐색법을 이용한 구조물의 위상 최적화 방법은 상기 목적함수가 수렴조건을 만족하지 않으면, 상기 랜덤 탐색을 수행하는 단계로 리턴하여 상기 수렴조건을 만족할 때까지 순차적으로 반복 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.If the objective function does not satisfy the convergence condition, the phase optimization method of the structure using the harmonic search method according to an embodiment of the present invention returns to the step of performing the random search and sequentially repeats until the convergence condition is satisfied The method comprising the steps of:

본 발명의 일 실시예에 따른 조화 탐색법을 이용한 구조물의 위상 최적화 방법은 상기 유한요소 모델링을 실시하는 단계 이후에, 상기 구조물에 작용하는 경계 조건 및 하중 조건을 입력하는 단계; 및 상기 유한요소 해석을 수행하는 단계 이후에, 입력된 상기 경계 조건 및 상기 하중 조건에 기초하여 상기 각 요소의 적합도(fitness value)를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.A method for optimizing a phase of a structure using a harmonic search method according to an embodiment of the present invention includes: inputting a boundary condition and a load condition acting on the structure after performing the finite element modeling; And calculating a fitness value of each element based on the input boundary condition and the load condition after the step of performing the finite element analysis.

본 발명의 일 실시예에 따른 조화 탐색법을 이용한 구조물의 위상 최적화 방법은 상기 경계 조건 및 상기 하중 조건 하에서 유한요소 해석을 수행하는 단계 이후에, 상기 설계 변수에 대한 민감도 수를 계산하는 단계를 더 포함하고, 상기 각 요소의 적합도를 계산하는 단계는 상기 계산된 민감도 수에 기초하여 상기 각 요소의 적합도를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.The method of optimizing a phase of a structure using a harmonic search method according to an embodiment of the present invention may further include the step of calculating a sensitivity number for the design parameter after performing a finite element analysis under the boundary condition and the load condition And calculating the fitness of each element may include calculating a fitness of each element based on the calculated sensitivity number.

상기 각 요소의 위치를 보정하는 단계는 기억회상(HMCR: Harmony Memory Considering Rate)과 피치조정(PAR: Pitch Adjusting Rate)의 확률적 선택을 통하여 상기 각 요소의 위치를 보정하는 단계를 포함할 수 있다.The step of correcting the position of each element may include correcting the position of each element through a stochastic selection of a harmonic memory consideration rate (HMCR) and a pitch adjustment (PAR) .

상기 후보 해를 화음기억공간(HM)에 저장하는 단계는 상기 각 요소의 적합도에 기초하여 상기 각 요소의 중요도를 판별하는 단계; 상기 중요도의 판별에 대한 유한요소 해석을 수행하는 단계; 및 상기 유한요소 해석의 결과에 기초하여 상기 목적함수를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.The step of storing the candidate solution in the chord memory space (HM) includes the steps of: determining importance of each element based on the fitness of each element; Performing a finite element analysis for determining the importance; And determining the objective function based on the result of the finite element analysis.

본 발명의 일 실시예에 따른 조화 탐색법을 이용한 구조물의 위상 최적화 방법은 상기 목적함수를 결정하는 단계 이후에, 상기 화음기억공간(HM)을 이용하여 상기 목적함수에 따른 민감도 수를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of optimizing a topology of a structure using a harmonic search method according to an embodiment of the present invention includes a step of calculating a sensitivity number according to the objective function using the chord memory space HM after determining the objective function As shown in FIG.

상기 구조물 요소의 수는 상기 구조물의 초기 체적과 목표 체적이 동일하도록, 상기 설계 영역 내에서 일정한 것이 바람직하다.It is preferable that the number of the structural elements is constant within the design area such that the initial volume and the target volume of the structure are equal to each other.

본 발명의 일 실시예에 따른 조화 탐색법을 이용한 구조물의 위상 최적화 장치는 미리 정의된 설계 영역에 적용되는 설계 변수를 구조물 요소와 비구조물 요소로 이산화하고, 상기 이산화된 설계 변수에 기초하여 상기 구조물 요소와 상기 비구조물 요소에 대한 유한요소 모델링을 실시하는 유한요소 모델링부; 모델링된 상기 구조물 요소와 상기 비구조물 요소에 대해 유한요소 해석을 수행하고, 상기 유한요소 해석의 결과에 기초하여 후보 해의 탐색을 위해 상기 설계 영역의 전 영역에 대하여 랜덤 탐색을 수행하는 후보 해 탐색부; 상기 후보 해에 대한 확률 선택을 통해 상기 각 요소의 위치를 보정하고, 상기 각 요소의 중요도에 따라 상기 후보 해를 화음기억공간(HM: Harmony Memory)에 저장하며, 상기 후보 해에 따른 구조물의 목적함수가 수렴조건을 만족하면, 상기 후보 해를 최적 해로 결정하는 최적 해 결정부를 포함한다.
The apparatus for optimizing a phase of a structure using a harmonic search method according to an embodiment of the present invention is a system for minimizing a phase of a structure by discretizing design variables applied to a predefined design domain into structure elements and non- A finite element modeling unit for finite element modeling of the element and the non-structural element; And performing a finite element analysis on the modeled structural element and the non-structural element and performing a random search on the entire area of the design area for searching for a candidate solution based on the result of the finite element analysis part; A position of each element is corrected through a probability selection for the candidate solution, and the candidate solution is stored in a harmony memory (HM) according to the importance of each element, And if the function satisfies the convergence condition, determines the candidate solution as an optimal solution.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 첨부 도면들에 포함되어 있다.
The details of other embodiments are included in the detailed description and the accompanying drawings.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전체 설계 영역을 조화롭게 탐색하는 조화 탐색법을 이용하여 구조물의 위상을 최적화함으로써 전역 탐색 능력 및 수렴 속도를 개선할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the global search ability and the convergence speed can be improved by optimizing the phase of the structure using the harmonic search method that searches the entire design domain in a harmonic manner.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 설계 영역이 큰 경우에 매우 효율적인 수렴 속도를 얻을 수 있다.According to the embodiment of the present invention, when the design area is large, a very efficient convergence speed can be obtained.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 전역 탐색 능력 및 수렴 속도를 개선하여 위상 최적화 시간을 단축할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, it is possible to shorten the phase optimization time by improving the global search ability and the convergence speed.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 각 요소의 설계 변수를 이산화하여 최적화되어 나온 위상의 경계면을 확실히 정의할 수 있으며, 처음부터 목표 체적에 맞는 일정 수의 구조물 요소를 이용하여 최적화를 수행함으로써 최적화 시간을 더욱 감소시킬 수 있다.
According to an embodiment of the present invention, it is possible to surely define the boundary of the optimized phase by discretizing the design parameters of each element. By optimizing using a predetermined number of structure elements corresponding to the target volume from the beginning, Can be further reduced.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조화 탐색법을 이용한 구조물의 위상 최적화 장치를 설명하기 위해 도시한 블럭도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따라 HS를 이용한 Cantilever beam 문제의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따라 HS를 이용한 MBB beam 문제의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 조화 탐색법을 이용한 구조물의 위상 최적화 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
FIG. 1 is a block diagram illustrating a structure topology optimizing apparatus using a harmonic search method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIGS. 2A to 2C are views illustrating a cantilever beam problem using HS according to an embodiment of the present invention.
3A to 3C are views showing an embodiment of an MBB beam problem using HS according to an embodiment of the present invention.
FIGS. 4 to 6 are flowcharts illustrating a phase optimization method of a structure using a harmonic search method according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및/또는 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and / or features of the present invention, and how to accomplish them, will become apparent with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. It should be understood, however, that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but is capable of many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, To fully disclose the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims. Like reference numerals refer to like elements throughout the specification.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 조화 탐색법을 이용한 구조물의 위상 최적화 장치를 설명하기 위해 도시한 블럭도이다.FIG. 1 is a block diagram illustrating a structure topology optimizing apparatus using a harmonic search method according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 조화 탐색법을 이용한 구조물의 위상 최적화 장치(100)는 유한요소 모델링부(110), 후보 해 탐색부(120), 최적 해 결정부(130), 및 제어부(140)를 포함할 수 있다.1, a structure topology optimizing apparatus 100 using a harmonic search method according to an embodiment of the present invention includes a finite element modeling unit 110, a candidate solution search unit 120, an optimal solution determining unit 130 And a control unit 140. The control unit 140 may be a microcomputer.

상기 유한요소 모델링부(110)는 설계 영역에 적용되는 설계 변수를 구조물 요소와 비구조물 요소로 이산화한다. 여기서, 상기 설계 영역은 미리 정의된 것일 수도 있고, 상기 설계 변수를 이산화할 때 정의될 수도 있다.The finite element modeling unit 110 discretizes design variables applied to the design domain into structural elements and non-structural elements. Here, the design area may be defined in advance or may be defined when the design parameter is discretized.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예에서는 상기 설계 변수를 상기 구조물 요소와 상기 비구조물 요소로 이산화함으로써, 기존 최적화 기법인 SIMP에서 발생하는 회색 영역을 해결하여 최적화되어 나온 위상의 경계면을 확실히 정의할 수 있도록 한다.As described above, in the embodiment of the present invention, by discretizing the design variables into the structural element and the non-structural element, it is possible to reliably define the optimized phase boundary by solving the gray area generated in SIMP, .

상기 유한요소 모델링부(110)는 상기 이산화된 설계 변수에 기초하여 상기 구조물 요소와 상기 비구조물 요소에 대한 유한요소 모델링을 실시한다. 여기서, 상기 유한요소 모델링이란 유한요소의 입체 형상을 컴퓨터 내부의 가상 공간에 만들어내는 것으로, 일반적으로 유한요소 해석 프로그램에서는 다양한 모델링 방법을 제공한다.The finite element modeling unit 110 performs finite element modeling on the structure element and the non-structure element based on the discretized design parameter. Here, the finite element modeling is a method of creating a three-dimensional shape of a finite element in a virtual space inside a computer. In general, a finite element analysis program provides various modeling methods.

본 발명의 일 실시예에서, 상기 구조물 요소의 수는 상기 구조물의 초기 체적과 목표 체적이 동일하도록, 상기 설계 영역 내에서 일정한 것이 바람직하다. 즉, 상기 구조물 요소의 수는 상기 설계 영역 내에서 처음부터 목표로 하는 체적에 맞게 일정한 개수로 정해질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the number of structural elements is preferably constant within the design area such that the initial volume and target volume of the structure are equal. That is, the number of the structural elements can be set to a predetermined number in accordance with the target volume from the beginning in the design area.

이로써, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 상기 설계 영역 내에서 상기 구조물 요소의 수를 처음부터 목표로 하는 체적에 맞게끔 일정하게 함으로써, 상기 구조물의 초기 체적과 목표 체적이 동일하도록 하여 최적화 하는 데에 소요되는 계산시간을 감소시킬 수 있다.Thus, according to an embodiment of the present invention, by optimizing the number of structural elements in the design area to be constant from the beginning to the target volume, the initial volume and target volume of the structure are optimized to be the same Can be reduced.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 최종적으로 구조물이 되어야 하는 요소를 상대적으로 빠르게 찾을 수 있어, 상기 구조물의 위상 최적화 문제들을 효율적으로 개선할 수 있게 된다.Therefore, according to the embodiment of the present invention, it is possible to relatively quickly find an element that should ultimately become a structure, thereby effectively improving the phase optimization problems of the structure.

상기 후보 해 탐색부(120)는 모델링된 상기 구조물 요소와 상기 비구조물 요소에 대해 유한요소 해석을 수행한다. 상기 유한요소 해석을 수행하기 위해서는 상기 구조물 요소 및 상기 비구조물 요소에 대한 유한요소 모델을 정식화할 수 있다.The candidate solution search unit 120 performs a finite element analysis on the modeled structural element and the non-structural element. In order to perform the finite element analysis, a finite element model for the structure element and the non-structure element can be formulated.

여기서, 상기 정식화란 유한요소 해석을 위한 미분방정식을 구하는 것을 의미한다. 정식화된 미분방정식을 이용하여 고유치, 모델의 각 노드(node)의 변위, 가속도, 속도, 질량, 강성, 댐핑 행렬, 고유진동수 등을 구할 수 있다. 상기 유한요소 해석 프로그램에서 모델의 유한요소를 해석하는 원리에 대해서는 이미 공지된 내용이므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.Here, the above formula means that a differential equation for finite element analysis is obtained. We can obtain the eigenvalue, displacement, acceleration, velocity, mass, stiffness, damping matrix, and natural frequency of each node of the model using the formulated differential equation. The principle of analyzing the finite element of the model in the finite element analysis program is already known, and a detailed description will be omitted.

상기 후보 해 탐색부(120)는 상기 설계 변수의 각 요소에 대한 민감도 수(sensitivity number)를 계산할 수 있다. 상기 후보 해 탐색부(120)는 입력된 상기 경계 조건 및 상기 하중 조건 하에서, 상기 계산된 민감도 수에 기초하여 상기 각 요소의 적합도(fitness value)를 계산할 수 있다.The candidate solution search unit 120 may calculate a sensitivity number for each element of the design variable. The candidate solution search unit 120 may calculate a fitness value of each element based on the calculated sensitivity number under the input boundary condition and the load condition.

상기 후보 해 탐색부(120)는 상기 유한요소 해석의 결과에 기초하여 후보 해의 탐색을 위해 상기 설계 영역의 전 영역에 대하여 랜덤 탐색을 수행한다. 즉, 상기 후보 해 탐색부(120)는 무작위로 해의 벡터를 생성하여 그 해(후보 해)를 구하고, 상기 후보 해를 화음기억공간(HM: Harmony Memory)에 저장할 수 있다. 다시 말해, 상기 화음기억공간(HM)에는 무작위하게 구성된 후보 해가 저장될 수 있다.The candidate solution search unit 120 performs a random search on the entire region of the design region for searching for a candidate solution based on the result of the finite element analysis. That is, the candidate solution search unit 120 may randomly generate a solution vector to obtain the solution (candidate solution), and store the candidate solution in a harmony memory (HM) memory space. In other words, a randomly configured candidate solution can be stored in the above-mentioned chord memory space HM.

이와 같이 상기 화음기억공간(HM)에 저장된 후보 해는, 해 벡터를 목적함수에 대입하여 계산된 목적함수의 결과값이 좋은지 나쁜지에 따라 상기 화음기억공간(HM)에 그대로 남게 될지, 아니면 상기 화음기억공간(HM)에서 지워지게 될지가 결정될 수 있다.As described above, the candidate solution stored in the chord memory space HM is determined by whether or not the resultant value of the objective function calculated by substituting the harmonic vector into the objective function remains in the chord memory space HM depending on whether the result value of the objective function is good or bad, It can be determined whether or not to be erased in the memory space HM.

즉, 상기 화음기억공간(HM)에 저장된 후보 해는, 상기 목적함수의 결과값이 좋으면 상기 화음기억공간(HM)에 그대로 남게 되고, 반면에 나쁘면 상기 화음기억공간(HM)에서 지워지게 된다.That is, the candidate solution stored in the chord memory space HM remains in the chord memory space HM if the result value of the objective function is good, and is erased in the chord memory space HM if it is not good.

이를 위해, 상기 최적 해 결정부(130)는 상기 후보 해에 대한 확률 선택을 통해 상기 각 요소의 위치를 보정할 수 있다. 이때, 상기 최적 해 결정부(130)는 기억회상(HMCR: Harmony Memory Considering Rate)과 피치조정(PAR: Pitch Adjusting Rate)의 확률적 선택을 통하여 상기 각 요소의 위치를 보정할 수 있다.To this end, the optimal solution determining unit 130 may correct the position of each element by selecting a probability for the candidate solution. At this time, the optimal solution determining unit 130 may correct the position of each element through a stochastic selection of a HMCR (Harmony Memory Considering Rate) and a Pitch Adjustment (PAR).

보다 구체적으로, 상기 기억회상(HMCR)은 기존의 화음기억공간(HM)에서 채택될 확률(HMCR)에 근거하여 후보 해를 선택하는 확률적 선택 방법을 말한다. 그리고, 상기 피치조정(PAR)은 상기 기억회상(HMCR)에서 선택된 후보 해에 대해 어느 정도 조율을 하는 과정을 말한다.More specifically, the memory recall (HMCR) refers to a probability selection method for selecting a candidate solution based on a probability (HMCR) to be adopted in an existing chord storage space (HM). And, the pitch adjustment (PAR) refers to a process of adjusting to some degree the candidate solution selected in the memory recall (HMCR).

즉, 상기 피치조정(PAR)은 상기 기억회상(HMCR)에서 선택된 후보 해를 기준으로, 실행 가능 영역의 전 방향으로 주변 영역 내의 목적함수 값들을 탐색하여 해가 갱신할 수 있는 방향이 존재하면 그 방향으로 이동하여 피치를 조정하는 것을 가리킨다.That is, the pitch adjustment (PAR) searches the objective function values in the surrounding area in the forward direction of the executable area on the basis of the candidate solution selected in the memory recall (HMCR), and if there is a direction in which the solution can be updated Direction to adjust the pitch.

상기 기억회상(HMCR) 및 상기 피치조정(PAR)은 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. 즉, 상기 최적 해 결정부(130)는 하기 수학식 1을 이용하여 상기 기억회상(HMCR) 및 상기 피치조정(PAR)의 확률적 선택을 함으로써 상기 각 요소의 위치를 보정할 수 있다.The memory recall (HMCR) and the pitch adjustment (PAR) can be expressed as Equation (1) below. That is, the optimal solution determining unit 130 may correct the position of each element by performing stochastic selection of the memory recall (HMCR) and the pitch adjustment (PAR) using the following equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

Figure 112014090892018-pat00001
Figure 112014090892018-pat00001

상기 최적 해 결정부(130)는 상기 위치가 보정된 각 요소의 중요도에 따라 상기 후보 해를 화음기억공간(HM)에 저장할 수 있다.The optimum solution determining unit 130 may store the candidate solution in the chord memory space HM according to the importance of each element whose position is corrected.

이를 위해, 상기 최적 해 결정부(130)는 상기 각 요소의 적합도에 기초하여 상기 각 요소의 중요도를 판별하고, 상기 중요도의 판별에 대한 유한요소 해석을 수행할 수 있다. 상기 최적 해 결정부(130)는 상기 유한요소 해석의 결과에 기초하여 구조물의 목적함수를 결정할 수 있다.For this, the optimal solution determining unit 130 may determine the importance of each element based on the fitness of each element, and perform a finite element analysis for determining the importance. The optimal solution determining unit 130 may determine the objective function of the structure based on the result of the finite element analysis.

이때, 상기 각 요소의 중요도는 상기 각 요소의 적합도와 반비례 관계를 가질 수 있다. 즉, 상기 각 요소의 중요도는 상기 각 요소의 적합도가 낮을수록 높아지고 상기 각 요소의 적합도가 높을수록 낮아지게 된다.In this case, the importance of each element may be in inverse proportion to the fitness of each element. That is, the importance of each of the above elements becomes higher as the fitness of each element becomes lower, and becomes lower as the fitness of each element becomes higher.

상기 최적 해 결정부(130)는 상기 각 요소의 상대적인 중요도가 더 높은 값이 상기 후보 해를 상기 화음기억공간(HM)에 저장(유지)할 수 있다.The optimum solution determining unit 130 may store (maintain) the candidate solution in the chord memory space HM with a higher value of the relative importance of each element.

반면에, 상기 최적 해 결정부(130)는 상기 각 요소의 상대적인 중요도가 더 낮은 값이 상기 후보 해를 상기 화음기억공간(HM)에서 삭제할 수 있다.On the other hand, the optimal solution determining unit 130 can delete the candidate solution in the chord memory space HM with a lower value of the relative importance of each element.

상기 최적 해 결정부(130)는 상기 유한요소 해석의 결과를 이용하여 상기 화음기억공간(HM)에 대하여 목적함수를 계산할 수 있다. 상기 최적 해 결정부(130)는 상기 화음기억공간(HM)을 이용하여 상기 목적함수에 따른 민감도 수를 계산할 수 있다.The optimum solution determining unit 130 may calculate an objective function for the chord storage space HM using the result of the finite element analysis. The optimal solution determining unit 130 may calculate the sensitivity number according to the objective function using the chord memory space HM.

상기 최적 해 결정부(130)는 상기 후보 해에 따른 구조물의 목적함수가 수렴조건을 만족하면, 상기 후보 해를 최적 해로 결정한다. 반면에, 상기 후보 해에 따른 구조물의 목적함수가 수렴조건을 만족하지 않으면, 상기 최적 해 결정부(130)는 상기 랜덤 탐색을 수행하는 단계로 리턴(return)하여 상기 수렴조건을 만족할 때까지 그 이하의 단계들을 순차적으로 반복 수행할 수 있다(도 4 참조).When the objective function of the structure according to the candidate solution satisfies the convergence condition, the optimal solution determining unit 130 determines the candidate solution as the optimal solution. On the other hand, if the objective function of the structure according to the candidate solution does not satisfy the convergence condition, the optimization solution determining unit 130 returns to the step of performing the random search, The following steps can be repeated in sequence (see FIG. 4).

상기 제어부(140)는 본 발명의 일 실시예에 따른 조화 탐색법을 이용한 구조물의 위상 최적화 장치(100), 즉 상기 유한요소 모델링부(110), 상기 후보 해 탐색부(120), 상기 최적 해 결정부(130) 등의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다.
The control unit 140 may be configured to optimize the phase of the structure using the harmonic search method according to an embodiment of the present invention, that is, the finite element modeling unit 110, the candidate solution search unit 120, The operation of the determination unit 130 and the like can be controlled as a whole.

도 2a 내지 도 2c 및 도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따라 조화 탐색법을 이용한 위상 최적화 문제의 실시예들을 도시한 도면이다. 특히, 도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따라 HS(Harmony Search)를 이용한 Cantilever beam 문제의 일 실시예를 나타낸 도면이고, 도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따라 HS를 이용한 MBB beam 문제의 일 실시예를 나타낸 도면이다.FIGS. 2A through 2C and FIGS. 3A through 3C are views illustrating embodiments of a phase optimization problem using a coarse search method according to an embodiment of the present invention. 2A to 2C are views showing an embodiment of a cantilever beam problem using HS (Harmony Search) according to an embodiment of the present invention. FIG. 5 is a view showing an embodiment of the MBB beam problem using the method of FIG.

먼저, Cantilever beam(캔틸레버보)와 관련하여 정의된 문제는 도 2a에 도시된 바와 같다. 이러한 Cantilever beam의 위상 최적화를 위한 최적화 초기 형태는 도 2b에 도시된 바와 같다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 최적화 초기 형태에서는 구조물 요소와 비구조물 요소로 나누는 설계 변수의 이산화 과정을 적용하고, 이때 초기 체적과 목표 체적이 동일하도록 설계 영역 내에서 구조물 요소의 수를 일정하게 설정하는 과정을 적용할 수 있다. 도 2b와 같은 최적화 초기 형태를 토대로 하여 위상 최적화를 수행한 결과물은 도 2c에 도시된 바와 같다. 즉, 설계 변수의 이산화 과정 및 초기 체적과 목표 체적의 동일 설계 과정에 기반하여 HS를 이용한 일련의 위상 최적화 단계를 거치면 도 2c와 같이 최적화된 위상이 도출된다.First, the problem defined in relation to the Cantilever beam is as shown in FIG. 2A. The initial optimization mode for the phase optimization of the Cantilever beam is as shown in FIG. 2B. As shown in FIG. 2B, in the initial optimization mode, a discretization process of design variables divided into a structural element and a non-structural element is applied. At this time, the number of structural elements in the design region is set to be constant Can be applied. The result of performing the phase optimization based on the initial optimization mode as shown in FIG. 2B is as shown in FIG. 2C. That is, if the phase of design optimization is performed by using the HS based on the discretization process of the design variables and the same design process of the initial volume and the target volume, an optimized phase is derived as shown in FIG.

다음으로, MBB beam(Messerschmitt-Bolkow-Blohm beam)와 관련하여 정의된 문제는 도 3a에 도시된 바와 같다. 이러한 MBB beam의 위상 최적화를 위한 최적화 초기 형태는 도 3b에 도시된 바와 같다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 최적화 초기 형태에서는 구조물 요소와 비구조물 요소로 나누는 설계 변수의 이산화 과정을 적용하고, 이때 초기 체적과 목표 체적이 동일하도록 설계 영역 내에서 구조물 요소의 수를 일정하게 설정하는 과정을 적용할 수 있다. 도 3b와 같은 최적화 초기 형태를 토대로 하여 위상 최적화를 수행한 결과물은 도 3c에 도시된 바와 같다. 즉, 설계 변수의 이산화 과정 및 초기 체적과 목표 체적의 동일 설계 과정에 기반하여 HS를 이용한 일련의 위상 최적화 단계를 거치면 도 3c와 같이 최적화된 위상이 도출된다.
Next, the problem defined with respect to the MBB beam (Messerschmitt-Bolkow-Blohm beam) is as shown in FIG. 3A. The initial optimization mode for phase optimization of the MBB beam is as shown in FIG. 3B. As shown in FIG. 3B, in the initial optimization mode, a discretization process of a design variable divided into a structural element and a non-structural element is applied. At this time, the number of structural elements in the design region is set to be constant Can be applied. The result of performing the phase optimization based on the initial optimization mode as shown in FIG. 3B is as shown in FIG. 3C. In other words, if a design phase is optimized and a series of phase optimization steps using HS are performed based on the same design process of the initial volume and the target volume, optimized phase is derived as shown in FIG. 3c.

도 4 내지 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 조화 탐색법을 이용한 구조물의 위상 최적화 방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다. 특히, 도 4는 위상 최적화 방법의 전체 흐름도를 나타내고, 도 5는 도 4의 위상 최적화 방법에서 확률 선택을 통해 각 요소의 위치를 보정하는 과정의 상세 흐름도를 나타내며, 도 6은 도 4의 위상 최적화 방법에서 후보 해를 화음기억공간(HM)에 저장하는 과정의 상세 흐름도를 나타낸다. 참고로, 상기 위상 최적화 방법은 도 1의 위상 최적화 장치(100)에 의해 수행될 수 있다.FIGS. 4 to 6 are flowcharts illustrating a phase optimization method of a structure using a harmonic search method according to an embodiment of the present invention. 5 is a detailed flowchart of a process of correcting the position of each element through probability selection in the phase optimization method of FIG. 4. FIG. 6 is a flowchart illustrating the phase optimization of FIG. A detailed flowchart of a process of storing the candidate solution in the chord memory space HM is shown. For reference, the phase optimization method may be performed by the phase optimization apparatus 100 of FIG.

먼저 도 4를 참조하면, 단계(410)에서 상기 위상 최적화 장치는 설계 영역에 적용되는 설계 변수를 구조물 요소와 비구조물 요소로 이산화하고, 상기 이산화된 설계 변수에 기초하여 상기 구조물 요소와 상기 비구조물 요소에 대한 유한요소 모델링을 실시한다.Referring first to FIG. 4, in step 410, the phase optimizer discretizes design variables applied to a design domain into structural elements and non-structural elements, and based on the discretized design variables, We perform finite element modeling for the element.

다음으로, 단계(420)에서 상기 위상 최적화 장치는 상기 구조물에 작용하는 경계 조건 및 하중 조건을 입력한다.Next, in step 420, the phase optimizer inputs boundary conditions and loading conditions acting on the structure.

다음으로, 단계(430)에서 상기 위상 최적화 장치는 모델링된 상기 구조물 요소와 상기 비구조물 요소에 대해 유한요소 해석을 수행하고, 상기 설계 변수에 대한 민감도 수를 계산한다.Next, in step 430, the phase optimizer performs a finite element analysis on the modeled structural element and the non-structural element, and calculates a sensitivity number for the design variable.

다음으로, 단계(440)에서 상기 위상 최적화 장치는 상기 각 요소의 적합도를 계산한다. 이때, 상기 위상 최적화 장치는 입력된 상기 경계 조건 및 상기 하중 조건 하에서 상기 계산된 민감도 수에 기초하여 상기 각 요소의 적합도를 계산할 수 있다.Next, in step 440, the phase optimizer calculates the fitness of each element. At this time, the phase optimizer may calculate the fitness of each element based on the calculated sensitivity number under the input boundary condition and the load condition.

다음으로, 단계(450)에서 상기 위상 최적화 장치는 상기 유한요소 해석의 결과에 기초하여 후보 해의 탐색을 위해 상기 설계 영역의 전 영역에 대하여 랜덤 탐색을 수행한다.Next, in step 450, the phase optimizer performs a random search on the entire area of the design area for searching for a candidate solution based on the result of the finite element analysis.

다음으로, 단계(460)에서 상기 위상 최적화 장치는 상기 후보 해에 대한 확률 선택을 통해 상기 각 요소의 위치를 보정한다. 이때, 상기 위상 최적화 장치는 기억회상(HMCR)과 피치조정(PAR)의 확률적 선택을 통하여 상기 각 요소의 위치를 보정할 수 있다.Next, at step 460, the phase optimizer corrects the position of each element through a probability selection for the candidate solution. At this time, the phase optimizer can correct the position of each element through a stochastic selection of a memory recall (HMCR) and a pitch adjustment (PAR).

즉, 도 5에 도시된 바와 같이, 단계(510)에서 상기 위상 최적화 장치는 기억회상(HMCR)의 확률적 선택을 수행한다. 이때, 상기 HMCR의 값이 미리 설정된 기준치(예: 0.85) 미만이면(510의 "예" 방향), 상기 위상 최적화 장치는 단계(520)을 수행한다.That is, as shown in FIG. 5, at step 510, the phase optimizer performs a stochastic selection of the memory recall (HMCR). At this time, if the value of the HMCR is less than a preset reference value (e.g., 0.85) (in the "YES" direction of 510), the phase optimizer performs step 520.

즉, 단계(520)에서 상기 위상 최적화 장치는 피치조정(PAR)의 확률적 선택을 수행한다. 이때, 상기 PAR의 값이 미리 설정된 기준값(예: 0.45) 이상이면(520의 "아니오" 방향), 상기 위상 최적화 장치는 도 4의 단계(450)으로 리턴하여 전 영역에 대한 랜덤 탐색을 다시 수행한다.That is, in step 520, the phase optimizer performs a stochastic selection of the pitch adjustment (PAR). If the value of the PAR is greater than or equal to a preset reference value (e.g., 0.45) (the "NO" direction of 520), the phase optimizer returns to step 450 of FIG. 4 to perform a random search for the entire area again do.

반면, 상기 PAR의 값이 미리 설정된 기준값 미만이면(520의 "예" 방향), 상기 위상 최적화 장치는 도 4의 단계(470)을 수행한다. 또한, 상기 HMCR의 값이 미리 설정된 기준치 이상이면(510의 "아니오" 방향), 상기 위상 최적화 장치는 도 4의 단계(470)을 수행한다.On the other hand, if the value of the PAR is less than a preset reference value (direction of "YES " in 520), the phase optimizer performs step 470 of FIG. If the value of the HMCR is equal to or greater than a preset reference value ("NO" direction of 510), the phase optimizer performs step 470 of FIG.

다시 도 1을 참조하면, 단계(470)에서 상기 위상 최적화 장치는 상기 각 요소의 중요도에 따라 상기 후보 해를 화음기억공간(HM)에 저장한다.Referring again to FIG. 1, in step 470, the phase optimization apparatus stores the candidate solution in the chord memory space HM according to the importance of each element.

구체적으로, 도 6을 참조하면, 단계(610)에서 상기 위상 최적화 장치는 상기 각 요소의 적합도에 기초하여 상기 각 요소의 중요도를 판별한다. 이후, 단계(620)에서 상기 위상 최적화 장치는 상기 중요도의 판별에 대한 유한요소 해석을 수행한다. 이후, 단계(630)에서 상기 위상 최적화 장치는 상기 유한요소 해석의 결과에 기초하여 상기 후보 해를 상기 화음기억공간(HM)에 저장한다.Specifically, referring to FIG. 6, in step 610, the phase optimizer determines importance of each element based on the fitness of each element. Thereafter, in step 620, the phase optimizer performs a finite element analysis for determining the importance. Thereafter, in step 630, the phase optimization apparatus stores the candidate solution in the chord memory space HM based on the result of the finite element analysis.

다시 도 1을 참조하면, 단계(480)에서 상기 위상 최적화 장치는 상기 유한요소 해석의 결과를 이용하여 상기 화음기억공간(HM)에 대하여 목적함수를 계산하고, 상기 화음기억공간(HM)을 이용하여 상기 목적함수에 따른 민감도 수를 계산한다.Referring again to FIG. 1, in step 480, the phase optimizer calculates an objective function for the chord storage space HM using the result of the finite element analysis, and uses the chord storage space HM And calculates the sensitivity number according to the objective function.

다음으로, 단계(490)에서 상기 위상 최적화 장치는 상기 후보 해에 따른 구조물의 목적함수가 수렴조건을 만족하는지 여부를 판단한다.Next, in step 490, the phase optimizer determines whether the objective function of the structure according to the candidate solution satisfies the convergence condition.

상기 판단 결과, 상기 수렴조건을 만족하면(490의 "예" 방향), 단계(495)에서 상기 위상 최적화 장치는 상기 후보 해를 최적 해로 결정한다.As a result of the determination, if the convergence condition is satisfied (in the "YES" direction of 490), then in step 495, the phase optimization apparatus determines the candidate solution as the optimal solution.

반면, 상기 판단 결과, 사익 수렴조건을 만족하지 않으면(490의 "아니오" 방향), 상기 위상 최적화 장치는 단계(440)으로 리턴하여 상기 수렴조건을 만족할 때까지 각 단계를 순차적으로 반복 수행한다.
On the other hand, if it is determined that the echo convergence condition is not satisfied (No in step 490), the phase optimizer returns to step 440 and repeats the steps sequentially until the convergence condition is satisfied.

본 발명의 실시예들은 다양한 컴퓨터로 구현되는 동작을 수행하기 위한 프로그램 명령을 포함하는 컴퓨터 판독 가능 매체를 포함한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 로컬 데이터 파일, 로컬 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체는 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체, CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체, 플롭티컬 디스크와 같은 자기-광 매체, 및 롬, 램, 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다.
Embodiments of the present invention include computer readable media including program instructions for performing various computer implemented operations. The computer-readable medium may include program instructions, local data files, local data structures, etc., alone or in combination. The media may be those specially designed and constructed for the present invention or may be those known to those skilled in the computer software. Examples of computer-readable media include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tape, optical recording media such as CD-ROMs and DVDs, magneto-optical media such as floppy disks, and ROMs, And hardware devices specifically configured to store and execute the same program instructions. Examples of program instructions include machine language code such as those produced by a compiler, as well as high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be determined by the scope of the appended claims and equivalents thereof.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but, on the contrary, Modification is possible. Accordingly, the spirit of the present invention should be understood only in accordance with the following claims, and all equivalents or equivalent variations thereof are included in the scope of the present invention.

110: 유한요소 모델링부
120: 후보 해 탐색부
130: 최적 해 결정부
140: 제어부
110: finite element modeling unit
120: candidate search unit
130: optimal solution determining unit
140:

Claims (9)

위상 최적화 장치의 유한요소 모델링부에서, 미리 정의된 설계 영역에 적용되는 설계 변수를 구조물 요소와 비구조물 요소로 이산화하는 단계;
상기 유한요소 모델링부에서, 상기 이산화된 설계 변수에 기초하여 상기 구조물 요소와 상기 비구조물 요소에 대한 유한요소 모델링을 실시하는 단계;
상기 위상 최적화 장치의 후보 해 탐색부에서, 모델링된 상기 구조물 요소와 상기 비구조물 요소에 대해 유한요소 해석을 수행하는 단계;
상기 후보 해 탐색부에서, 상기 유한요소 해석의 결과에 기초하여 후보 해의 탐색을 위해 상기 설계 영역의 전 영역에 대하여 랜덤 탐색을 수행하는 단계;
상기 위상 최적화 장치의 최적 해 결정부에서, 상기 후보 해에 대한 확률 선택을 통해 상기 각 요소의 위치를 보정하는 단계;
상기 최적 해 결정부에서, 상기 각 요소의 중요도에 따라 상기 후보 해를 화음기억공간(HM: Harmony Memory)에 저장하는 단계; 및
상기 최적 해 결정부에서, 상기 후보 해에 따른 구조물의 목적함수가 수렴조건을 만족하면, 상기 후보 해를 최적 해로 결정하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 조화 탐색법을 이용한 구조물의 위상 최적화 방법.
Discretizing a design parameter applied to a predefined design domain into a structural element and a non-structural element in a finite element modeling unit of the phase optimization apparatus;
Performing finite element modeling on the structural element and the non-structural element based on the discretized design parameter in the finite element modeling unit;
Performing a finite element analysis on the modeled structural element and the non-structural element in a candidate solution search unit of the phase optimization apparatus;
Performing a random search on the entire region of the design region for a candidate solution search based on a result of the finite element analysis;
Correcting a position of each element through a probability selection for the candidate solution in an optimal solution determining unit of the phase optimizing apparatus;
Storing the candidate solution in a harmony memory (HM) according to the importance of each element in the optimal solution determination unit; And
If the objective function of the structure according to the candidate solution satisfies the convergence condition in the optimal solution determining unit, determining the candidate solution as the optimal solution
And a phase optimization method of a structure using a harmonic search method.
제1항에 있어서,
상기 최적 해 결정부에서, 상기 목적함수가 수렴조건을 만족하지 않으면, 상기 랜덤 탐색을 수행하는 단계로 리턴하여 상기 수렴조건을 만족할 때까지 순차적으로 반복 수행하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조화 탐색법을 이용한 구조물의 위상 최적화 방법.
The method according to claim 1,
If the objective function does not satisfy the convergence condition, returning to the step of performing the random search, and repeatedly performing the convergence until the convergence condition is satisfied
The method of claim 1, further comprising:
제1항에 있어서,
상기 후보 해 탐색부에서, 상기 유한요소 모델링을 실시하는 단계 이후에, 상기 구조물에 작용하는 경계 조건 및 하중 조건을 입력하는 단계; 및
상기 후보 해 탐색부에서, 상기 유한요소 해석을 수행하는 단계 이후에, 입력된 상기 경계 조건 및 상기 하중 조건에 기초하여 상기 각 요소의 적합도(fitness value)를 계산하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조화 탐색법을 이용한 구조물의 위상 최적화 방법.
The method according to claim 1,
Inputting a boundary condition and a load condition acting on the structure in the candidate solution search unit after performing the finite element modeling; And
Calculating a fitness value of each element based on the input boundary condition and the load condition after performing the finite element analysis in the candidate solution search step
The method of claim 1, further comprising:
제3항에 있어서,
상기 후보 해 탐색부에서, 상기 유한요소 해석을 수행하는 단계 이후에, 상기 설계 변수에 대한 민감도 수를 계산하는 단계
를 더 포함하고,
상기 각 요소의 적합도를 계산하는 단계는
상기 계산된 민감도 수에 기초하여 상기 각 요소의 적합도를 계산하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 조화 탐색법을 이용한 구조물의 위상 최적화 방법.
The method of claim 3,
Calculating a sensitivity number for the design parameter in the candidate solution search unit after performing the finite element analysis;
Further comprising:
The step of calculating the fitness of each element
Calculating a fitness of each element based on the calculated sensitivity number
And a phase optimization method of a structure using a harmonic search method.
제1항에 있어서,
상기 각 요소의 위치를 보정하는 단계는
기억회상(HMCR: Harmony Memory Considering Rate)과 피치조정(PAR: Pitch Adjusting Rate)의 확률적 선택을 통하여 상기 각 요소의 위치를 보정하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 조화 탐색법을 이용한 구조물의 위상 최적화 방법.
The method according to claim 1,
The step of correcting the position of each element
A step of correcting the position of each element through a stochastic selection of a HMCR (Harmony Memory Considering Rate) and a Pitch Adjustment (PAR: Pitch Adjusting Rate)
And a phase optimization method of a structure using a harmonic search method.
제3항에 있어서,
상기 후보 해를 화음기억공간(HM)에 저장하는 단계는
상기 각 요소의 적합도에 기초하여 상기 각 요소의 중요도를 판별하는 단계;
상기 중요도의 판별에 대한 유한요소 해석을 수행하는 단계; 및
상기 유한요소 해석의 결과에 기초하여 상기 구조물의 목적함수를 결정하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 조화 탐색법을 이용한 구조물의 위상 최적화 방법.
The method of claim 3,
The step of storing the candidate solution in the chord memory space (HM)
Determining importance of each element based on the fitness of each element;
Performing a finite element analysis for determining the importance; And
Determining an objective function of the structure based on a result of the finite element analysis
And a phase optimization method of a structure using a harmonic search method.
제6항에 있어서,
상기 최적 해 결정부에서, 상기 목적함수를 결정하는 단계 이후에, 상기 화음기억공간(HM)을 이용하여 상기 목적함수에 따른 민감도 수를 계산하는 단계
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 조화 탐색법을 이용한 구조물의 위상 최적화 방법.
The method according to claim 6,
Calculating a sensitivity number according to the objective function using the chord storage space (HM) in the optimum solution determining unit after the step of determining the objective function;
The method of claim 1, further comprising:
제1항에 있어서,
상기 구조물 요소의 수는
상기 구조물의 초기 체적과 목표 체적이 동일하도록, 상기 설계 영역 내에서 일정한 것을 특징으로 하는 조화 탐색법을 이용한 구조물의 위상 최적화 방법.
The method according to claim 1,
The number of structural elements
Wherein the initial volume and the target volume of the structure are constant in the design region so that the initial volume and the target volume of the structure are equal to each other.
미리 정의된 설계 영역에 적용되는 설계 변수를 구조물 요소와 비구조물 요소로 이산화하고, 상기 이산화된 설계 변수에 기초하여 상기 구조물 요소와 상기 비구조물 요소에 대한 유한요소 모델링을 실시하는 유한요소 모델링부;
모델링된 상기 구조물 요소와 상기 비구조물 요소에 대해 유한요소 해석을 수행하고, 상기 유한요소 해석의 결과에 기초하여 후보 해의 탐색을 위해 상기 설계 영역의 전 영역에 대하여 랜덤 탐색을 수행하는 후보 해 탐색부;
상기 후보 해에 대한 확률 선택을 통해 상기 각 요소의 위치를 보정하고, 상기 각 요소의 중요도에 따라 상기 후보 해를 화음기억공간(HM: Harmony Memory)에 저장하며, 상기 후보 해에 따른 구조물의 목적함수가 수렴조건을 만족하면, 상기 후보 해를 최적 해로 결정하는 최적 해 결정부
를 포함하는 것을 특징으로 하는 조화 탐색법을 이용한 구조물의 위상 최적화 장치.
A finite element modeling unit for finely element modeling the structural element and the non-structural element based on the discretized design variables, discretizing design variables applied to a predefined design area into structural elements and non-structural elements;
And performing a finite element analysis on the modeled structural element and the non-structural element and performing a random search on the entire area of the design area for searching for a candidate solution based on the result of the finite element analysis part;
A position of each element is corrected through a probability selection for the candidate solution, and the candidate solution is stored in a harmony memory (HM) according to the importance of each element, When the function satisfies the convergence condition, the optimal solution determining unit determines the candidate solution as the optimal solution,
And a phase optimization unit for optimizing the phase of the structure using the harmonic search method.
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