size optimization analysis 치수최적화해석wing shell 4 step step 최적화문제구성...
Post on 28-Feb-2020
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Size Optimization Analysis 1
StepStep
Size Optimization Analysis (치수최적화 해석)
Wing Shell 2
StepStep
00
Wing shell(선형해석과 모드해석을 이용한
치수최적모델 생성)
개요
치수최적화해석
- 단위 : lbf, in
- 파일명: Wing shell.nfx
- ½ 기하모델
경계조건과 하중조건
- 한쪽 끝 단 고정
- 날개전체에 압력
결과확인
- 선형해석/모달해석
- 전체 변위
- DOE 실험점 추출
실험결과 테이블
상관도 분석
- 최적설계 결과 확인
Wing Shell 3
StepStep
비행기 날개의 Skin, Spar, Lib의 최적의 두께와 단면길이를 갖는 설계모델을 찾고 최적점들의 결과를 비교해봅니다. 이 때 설계모델은 부피와 변위는 가장 작고,
1차 모드가 22Hz이상을 갖는 조건을 포함하도록 합니다.
- 특성 및 메시, 경계조건과 하중조건은 미리 설정되어 있습니다.
- 설계환경 구성을 위해서 설계응답을 위한 센서를 정의합니다.
- 정의된 센서를 해석케이스와 연결하여 “설계응답”을 정의합니다.
-해석 개요
대상 모델 (설계영역) 최적화 케이스 설정/근사모델 설정 근사모델 생성/최설설계안 도출 및 적용
- 실험계획법의 결과로 나오는 상관도 분석을 통해서 설계변수를 찾습니다.
- 실험계획법을 통해 설계응답으로 구했던 결과들을 목적함수와 구속조건으로 분
리해서 최적화 문제를 구성합니다.
따라하기 목적
Wing Shell 4
StepStep
최적화 문제 구성
근사모델이란?목적함수나 구속조건 등의 설계응답들에 대한 “근사”수치모델입니다.
근사모델생성절차
근사모델종류- 다항식 회귀 모델- 크리깅 모델(Kriging)
실험계획법 (DOE) 종류및주요특징- 설계변수 개수 적고, 응답이 선형적 특성
- 완전요인 배치법(FFD) : 2Level ,3Level- 중심합성법(CCD) :
내접(Inscribed), 모서리(Faced)
- 설계변수 개수 많고, 응답이 비선형적 특성- 라틴방격 추출법 (LHD) :
일반(Typical), 격자(Lattice)- 다구찌 직교배열법 (OA): 2Level ~ 5Level
•설계변수1 : cap 단면치수
•설계변수2 : web 판 두께
Wing Shell 5
StepStep
4
2
3
1. [ ] (열기) 선택..
2. [wing_shell.nfx] 선택
3. [열기] 선택
4. 작업윈도우에서 RMB (마우스 오른쪽
버튼) 선택 후, [모든 가이더 감추기]
선택
해석 >> 해석조건 설정
1
01
.nfx 파일에 모델이 메시가 되어 있는
상태라면 모델정보에 요소와 절점개
수를 나타내줍니다.
작업순서
Wing Shell 6
StepStep
트리창 >> 모델02
모델 트리항목을 살펴봅니다.
재료와 특성 및 요소망이 생성되어 있
습니다. 총 4개의 요소망 셋트로 구성되
어 있는 것을 확인합니다.
특성항목의 1D 특성을 살펴봅니다.
아래 속성창에서 특성을 확인할 수 있
습니다.
편집을 누르면 현재 설정되어 있는 단
면정보를 확인할 수 있습니다.
작업순서
Wing Shell 7
StepStep
03
특성항목의 1D 특성을 살펴봅니다.
아래 속성창에서 특성을 확인할 수 있
습니다. 두께를 확인합니다.
두께를 변경하고자 하는 경우 값을 입
력하고 적용을 누르면 값을 적용할 수
있습니다.
특성항목의 1D 특성을 살펴봅니다.
아래 속성창에서 특성을 확인할 수 있
습니다.
편집을 누르면 현재 설정되어 있는 단
면 정보를 확인할 수 있습니다.
트리창 >> 모델
작업순서
Wing Shell 8
StepStep
1. 설계변수 정의 창에서 특성항목에 2D
특성의 두께와 1D 특성의 단면의 치수
를 각각 선택하여 오른쪽 설계세트로
드래그 앤 드랍
(총 5번; 각 항목의 두께와 dim 선택하
여 각각 드래그 앤 드랍)
2. 총 5개의 항목이 붙혀넣기 되고 이름항
목에 F2나 RMB으로 더블클릭한다.
3. 각 이름에 [Skin], [Rib], [Web], [Cap
dim_1], [Cap dim_2]을 입력
4. [확인] 버튼 선택
04 해석 >> 최적설계정의 >> 설계변수
21
드래그 앤 드랍
3
4
변수범위가 기본 10%가 설정되어 있어
서 설계셋트를 정의 시에 최소값과 최
대값이 자동으로 초기값의 10% 범위
안에 최소값과 최대값이 정해지게 됩니
다. 최소값와 최대값을 더블 클릭하여
값을 변경할 수 있습니다.
작업순서
Wing Shell 9
StepStep
1. [요소] 탭 선택
2. 이름 [부피] 입력
3. 종류 [요소] 선택
4. 도구막대에 [전체선택] 버튼 선택
(4050개 선택)
5. 종류에 [부피] 선택
6. [적용] 버튼 선택
7. [절점] 탭 선택
8. 이름 [변위] 입력
9. 종류 [절점] 선택
10. 뷰 막대에 [윗면] 버튼 선택
11. 작업 창에 그림과 같이 드래그하여 선
택 (60개 선택)
12. 종류 [변위] 선택
13. 성분 [Tz] 선택
14. 방법 [ABSMAX] 선택
15. [적용] 버튼 선택
05 해석 >> 최적설계정의 >> 센서정의
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작업순서
Wing Shell 10
StepStep
1. [시스템] 탭 선택
2. 이름 [1차 모드] 입력
3. 종류 [모드] 선택
4. 번호 [1] 입력
5. 방법 [MIN] 선택
6. [확인] 버튼 선택
06 해석 >> 최적설계정의 >> 센서정의
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6
5
센서정의는 모델의 성능을 대표하는 결
과 항목을 등록하는 작업입니다.
센서정의에서는 물리량만 정의하고, 해
석연결은 실험계획법에서 정의합니다.
센서 탭 정의
요소센서: 전체요소의 부피 합(mm^3)
절점센서: 최대 처짐량(mm)
시스템센서: 1차모드 고유진동수(Hz)
작업순서
Wing Shell 11
StepStep
1. [해석 및 결과] 탭 선택
2. [해석케이스] 선택 후 마우스 우클릭
3. [선형 정적해석] 항목 선택
4. [해석케이스] 선택 후 마우스 우클릭
5. [모드해석] 항목 선택
6. 항목트리 창의 각 해석 케이스를 선택
하고 F2번 선택하여 이름 변경
[LS]입력 엔터
7. [M]을 입력 엔터
그림과 같이 바뀜
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1
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2
2
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6
7
트리창 >> 해석 및 결과
작업순서
Wing Shell 12
StepStep
1. [실험점 추출] 선택
2. [이동] 버튼 선택
전체세트 5개 항목을 모두 실험세트로
지정
3. 이름 [DOE] 입력
4. [최적화 제어] 버튼 선택
해석 >> 해석케이스 >> 최적설계08
실험점 추출은 여러 설계변수들의 조합
에 대한 설계응답들을 평가하여, 설계변
수의 주효과(main effect) 혹은 각 설계
변수들의 교호작용들을 파악합니다.
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작업순서
Wing Shell 13
StepStep
1. [추가] 버튼 선택
(항목 3개)
2. 이름 입력 (F2)
[부피], [변위], [1차모드]
3. 해석케이스 선택
[LS], [LS], [M]
4. 센서 선택
[E:부피], [N:변위], [S:1차 모드]
5. [확인] 버튼 선택
09
3
1
2
미리 정의한 센서를 이용하여 최적설계
에 사용할 설계응답을 정의합니다.
4
5
해석 >> 해석케이스 >> 최적설계
작업순서
Wing Shell 14
StepStep
1. [실험테이블 생성] 버튼 선택
2. 실험계획법 유형 [라틴방격계획법]
선택
3. 실험점 개수 [200] 입력
4. [실험테이블 추가] 버튼 선택
5. 화면과 같이 실험테이블이 200개 생
성되어 나타남
6. [적용] 선택
10
1
실험계획법 유형 중 라틴방격 계획법은
강도(strength) 1의 직교배열표로, 난수를
생성하여 각 설계변수에 대해 골고루 평
가하는 것을 목적으로 합니다.
실험점의 개수를 사용자가 임의로 결정
할 수 있으며, 공간 충진성(space-filling)이
좋아서 크리깅 근사모델을만들기 위한
실험계획법으로많이 사용됩니다.
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해석 >> 해석케이스 >> 최적설계
작업순서
Wing Shell 15
StepStep
1. 생성된 200번의 실험테이블을 선택
2. [스케터 확인] 버튼 선택
3. 실험점 스케터 확인
4. [실험점 표시] 체크박스 선택
5. 실험점과 함께 스케터 확인
6. [닫기] 버튼 선택
7. [확인] 버튼 선택
8. [확인] 버튼 선택
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해석 >> 해석케이스 >> 최적설계
2
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8
난수를 생성하여 각 설계변수를 조절
하므로 새로 생성할 때 마다 실험점
스케터가 달라지게됩니다.
작업순서
Wing Shell 16
StepStep
1. 해석 및 결과 트리의 [DOE : 실험점
추출] 선택
2. RMB(오른쪽마우스버튼) [해석실행]
선택 (해석을 200번 수행합니다)
12
실험결과 테이블을 더블클릭하면 추출한
실험결과 200개를 테이블로 확인 할 수
있습니다
12
해석 >> 해석케이스 >> 최적설계
작업순서
Wing Shell 17
StepStep
15해석 및 결과 트리의 [상관도 분석] 더블
클릭하여 설계변수에 따른 상관도를 확
인할 수 있습니다
Y축을 기존에 설정했던 1차모드/변위/부
피에 따라 상관도의 여부를 확인할 수 있
습니다.
구분을 1차연관성/2차연관성/종합연관
성에 따라 상관도의 여부를 확인할 수 있
습니다
확인버튼을 눌러 창을 닫습니다
해석 >> 해석케이스 >> 최적설계
난수를 생성하여 각 설계변수를 조절
하는 라틴방격 계획법을 사용하므로,
실험점 스케터는 생성할 때 마다 달라
지게 됩니다. 그러므로 실험점 스케터에
따라 해석 결과가 조금씩 다르게 나타
나게 됩니다.
작업순서
Wing Shell 18
StepStep
1. [치수 최적설계] 선택
2. 이름 [RSM based Optim] 입력
3. 최적화 종류 [근사모델 기반 최적설계]
선택
4. 최적화 케이스 모델 [이동하기] 버튼
선택
5. [최적화 제어] 버튼 선택
6. 근사모델 유형 [크리깅 모델] 선택
7. 근사모델 정확도 확인 [체크] 선택
8. 최적화 유형 [유전자 알고리즘] 선택
1
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근사모델 기반의 최적화케이스를 생성
합니다
최적설계에 사용될 설계변수를 선택하
는 단계로 전체세트에 있는 설계변수를
모두 선택하였습니다
최적설계에 사용된 근사모델 유형(크리
깅 모델:해석을 모사하는 함수)을 선택
하고 유전자 알고리즘을 통해 최적점을
추출합니다
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해석 >> 해석케이스 >> 최적설계
6
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작업순서
Wing Shell 19
StepStep
1. [목적함수] 선택
2. [추가] 버튼 선택
두 개 항목 생성
3. 1. 이름 [부피] /설계응답 [부피]
2. 이름 [변위] /설계응답 [변위]
입력 및 선택
4. [제약조건] 선택
5. [추가] 버튼 선택
6. 이름 [모드] 입력/설계응답 [1차 모드]
선택/하한값 [22] 입력
7. [확인] 선택
8. [확인] 선택
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설계응답을 도출하기 위해 목적함수와
제약조건을 정의합니다.
1
3
해석 >> 해석케이스 >> 최적설계
2
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작업순서
Wing Shell 20
StepStep
1. 해석 및 결과 트리에서 [RSM based
Optim] 선택
2. RMB 선택 [해석실행] 선택
18
앞장에서 설정이 적용된 실험점 추출이
200개 되었음을 확인할 수 있습니다
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해석 >> 해석케이스 >> 최적설계
4
2
작업순서
Wing Shell 21
StepStep
19근사모델형상을 선택하여 생성된 근사
모델을 3D 그래프로 확인할 수 있습니
다
x축, y축,z축을 선택하여 3차원 그래프
를 그려봅니다.
각 설계변수의 바를 움직여 3차원 그래
프를 그려봅니다.
가운데 마우스 버튼을 누른채 돌리면
3D 그래프를 돌려보며 확인할 수 있습
니다.
닫기를 눌러 근사모델형상창을 닫습니
다.
결과분석 >> 최적설계후처리 >> 근사모델형상
작업순서
Wing Shell 22
StepStep
1. [치수최적화] 선택
2. 최적설계 결과를 초기값/최소값/최대
값, 설계안별로 확인
3. 사용자 설계 안의 값 수정
[0.1, 0.04, 0.038, 0.2, 0.09]
20
앞서 설정한 목적함수와 제약조건을 만
족하는 최적점에서의 결과를 확인합니
다
사용자 설계안의 설계변수를 수정하여
예상값과 해석값을 바로 확인할 수 있
습니다
사용자 설계안의 값 수정 시에 그 값은
최소값보다 커야 합니다.
1
2
3
결과분석 >> 최적설계후처리 >> 최적모델생성
작업순서
Wing Shell 23
StepStep
1. [예상값 확인] 버튼 선택
2. 값 확인
3. [해석값 확인] 버튼 선택
4. 값 확인
5. 대상 [사용자 설계안] 선택
6. [확인] 버튼 선택
21
최적 설계안을 선택하고 해당 설계안을
업데이트 합니다.
이 최적점은 근사모델을 기반으로 했기
때문에 실제 해석한 결과와 그림과 같
이 오차가 있을 수 있습니다.
따라서, 실제 해석결과 또한 확인할 필
요가 있습니다.
사용자 설계안이 반영된 모델파일이 해
당 이름으로 저장됩니다.
결과분석 >> 최적설계후처리 >> 최적모델생성
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6
예상 해석
작업순서
Wing Shell 24
StepStep
22최적설계안이 적용된 모델이 생성되어
새창에 보여집니다.
트리창 >> 모델항목
작업순서
Wing Shell 25
StepStep
1. [설계변수] 선택
해석 종류: [선형 정적해석] 선택
2. RMB선택 [추가] 선택
트리창 >> 모델항목>> 일반23
사용자 정의한 설계변수들이 적용된 것
을 확인할 수 있습니다.
작업순서
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