Size Optimization Analysis 치수최적화해석Wing Shell 4 Step Step 최적화문제구성...

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



습니다. 두께를 확인합니다.

두께를 변경하고자 하는 경우 값을 입

력하고 적용을 누르면 값을 적용할 수

있습니다.



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

2

1

3

4

5

6

8

9

10

11

15

7

12

14

13

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


06 해석 >> 최적설계정의 >> 센서정의

2

1

3

4

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

07

1

23

2

2

54

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.

1

2

2

3

4

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]


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.

1

1

3

2

4

5


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



11

1

3

5

4

6


2

7

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


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


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

16

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

2

4

53


6

7

8

작업순서

Wing Shell 19

StepStep

1. [목적함수] 선택


두 개 항목 생성

3. 1. 이름 [부피] /설계응답 [부피]

2. 이름 [변위] /설계응답 [변위]

입력 및 선택

4. [제약조건] 선택


6. 이름 [모드] 입력/설계응답 [1차 모드]

선택/하한값 [22] 입력

7. [확인] 선택

8. [확인] 선택

17

설계응답을 도출하기 위해 목적함수와

제약조건을 정의합니다.

1

3


2

4

5

6

78

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

1

3


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


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

1

2

3

4

5

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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