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Design Optimization

Properties2
tagsnastran, concept, optimization, sensitivity, sol200
aliasesDesign Sensitivity and Optimization, 설계 최적화, 설계 민감도, Design Optimization

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Design Optimization

수학적·합리적 접근으로 설계 과정을 자동화하여 개선된 설계를 도출하는 MSC Nastran 의 기능으로, 민감도 해석(sensitivity analysis)과 최적화(optimization)가 밀접하게 결합되어 있다 [MSC_Nastran_2022.4_Getting_Started_Guide.pdf p.54].

정의

Design sensitivity 와 optimization 은 구조 복잡도가 사람이 적절한 설계 변경을 판단할 수 있는 수준을 넘어설 때 사용한다. Design optimization 의 목표는 합리적인 수학적 접근으로 설계 과정을 자동화하여 더 나은 설계를 얻는 것이다 [MSC_Nastran_2022.4_Getting_Started_Guide.pdf p.54]. MSC Nastran 에서 사용하는 optimizer 부류는 design optimization 을 수행하기 위해 sensitivity analysis 결과를 필요로 한다. Optimizer 는 최적 구성을 탐색하는 알고리즘이며, sensitivity analysis 는 설계 변경에 대한 구조 응답량의 변화를 결정하는 절차다 [MSC_Nastran_2022.4_Getting_Started_Guide.pdf p.54].

핵심 내용

  • 대표 적용 분야: 구조물 중량 저감, 안전여유(margin of safety)를 최대화하는 효율적 설계, trade-off·feasibility 연구, design sensitivity 연구 보조, 시험 데이터와 해석 결과의 상관(correlation) [MSC_Nastran_2022.4_Getting_Started_Guide.pdf p.54].
  • Optimization 기능은 SOL 200 에서만 제공된다 [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.1084].
  • 설계 변수는 DESVAR 로 정의하며, DEQATN 으로 설계 변수를 정의할 수 있고, DDVAL 은 이산(discrete) 설계 변수 값을 정의한다 [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.1084]. DESVAR 는 design optimization 을 위한 design variable 을 정의한다 [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.1587].
  • 설계 변수 간 관계는 DLINK 로 하나의 설계 변수를 다른 여러 설계 변수에 연관시킨다 [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.1084].
  • 설계 제약은 DCONSTR 로 정의하고, DCONADD 는 subcase 의 설계 제약을 여러 DCONSTR 의 합집합으로 정의한다 [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.1084].
  • BEADVAR 는 topography(bead·stamp) 최적화의 설계 영역을, BNDGRID 는 shape optimization(SOL 200)을 위한 경계·표면 grid point 목록을 지정한다 [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.1084].
  • DOPTPRM 은 design optimization 에 쓰이는 파라미터의 기본값을 재정의한다 [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.1084]. 전략(strategy) 옵션으로는 0(직접 optimizer 사용), exterior penalty function, extended interior penalty function(linear·quadratic·cubic), augmented Lagrange multiplier method, sequential linear programming, method of centers, sequential quadratic·convex programming 등이 있다 [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.1618].
  • Optimizer 옵션으로는 Fletcher-Reeves, Davidon-Fletcher-Powell(DFP), Broydon-Fletcher-Goldfarb-Shanno(BFGS) variable metric method, method of feasible directions 등이 제공된다 [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.1618].
  • 내부 DMAP 모듈 수준에서, design optimization 은 design variable·constraint·response·sensitivity 정보를 사용해 근사 최적화 문제(approximate optimization problem)를 푼다 [MSC_Nastran_2022.4_DMAP_Programmer_Guide.pdf p.1729]. DOM10 은 근사 최적화 문제의 초기·최종 결과를 출력하고 [MSC_Nastran_2022.4_DMAP_Programmer_Guide.pdf p.1715], DOM11 은 geometry 와 element property 를 갱신하며 [MSC_Nastran_2022.4_DMAP_Programmer_Guide.pdf p.1718], DOM12 는 soft·hard 수렴 검사를 수행한다 [MSC_Nastran_2022.4_DMAP_Programmer_Guide.pdf p.1721].
  • Fully stressed design 최적화는 DOPFS 모듈이 수행한다 [MSC_Nastran_2022.4_DMAP_Programmer_Guide.pdf p.1732].
  • Sensitivity 데이터는 설계 변수에 대한 응답의 민감도를 담는다. 예로 RMS/PSD 응답 민감도 행렬 DRMSVL, 동강성(dynamic stiffness) 응답 민감도 행렬 DDYSVL 이 있으며 [MSC_Nastran_2022.4_DMAP_Programmer_Guide.pdf p.1799], grid 응답의 민감도는 frequency response 또는 static analysis 에서 adjoint·해석 해 행렬과 element sensitivity 데이터의 조합으로 생성된다 [MSC_Nastran_2022.4_DMAP_Programmer_Guide.pdf p.1771].

관련 솔루션·항목

참고 매뉴얼

  • [MSC_Nastran_2022.4_Getting_Started_Guide.pdf p.54] — Design Sensitivity and Optimization 개요
  • [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.1084] — Optimization (SOL 200 Only) bulk data entries
  • [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.1587] — Design Variable (DESVAR)
  • [MSC_Nastran_2022.4_Quick_Reference_Guide.pdf p.1618] — DOPTPRM strategy·optimizer 옵션
  • [MSC_Nastran_2022.4_DMAP_Programmer_Guide.pdf p.1729] — approximate optimization problem 모듈

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