구조시스템의 피로한계상태를 고려한 신뢰성 기반 최적설계

Abstract

구조적 여용성을 갖는 구조시스템의 피로에 의한 연속파괴는 응력재분배를 고려한 시스템 수준에서의 해석이 필요하다. 이러한 시스템신뢰성에 기반한 최적설계는 다수의 반복적인 시스템신뢰성 해석을 필요로 하기 때문에 계산비용이 막대할 수 있다. 이에 본 연구에서는 구조시스템의 피로한계상태를 고려하면서도 비교적 합리적인 계산비용으로 신뢰성 기반 최적설계를 가능하도록 하는 기법을 제안하였다. 구조시스템의 피로 연속파괴에 대한 시스템신뢰성 해석을 위해, 제안 기법에서는 최근 개발된 B3-method(Branch-and-Bound method employing system reliability Bounds)를 도입한다. B3-method는 구조시스템의 구조적 여용성과 응력재분배를 고려해 피로한계상태에 대한 시스템 수준 파괴확률을 효율적으로 계산할 수 있도록 해준다. 이와 더불어, 제안 기법은 메타휴리스틱 최적화 알고리즘인 GWO(Gray Wolf Optimization)를 통합하며, 이렇게 구축된 최적화 프레임워크의 효율성을 더욱 향상시키기 위해 설계 최적화의 관점에서 B3-method 해석에 대한 추가적인 해석규칙을 제안하였다. 이렇게 개발된 기법의 검증을 위해 구조시스템 수치예제에 적용하고 몬테카를로 시뮬레이션 해석 결과와 비교하였으며, 그 결과 제안 기법의 정확성과 효율성이 입증되었다.