An optimal design of multi-model structure is a design to obtain the optimum structure considering various loading and boundary conditions. Some structures have various loading and boundary conditions according to its use and environment. These structures could be designed by considering each condition separately. The problem in the case is that each design does not satisfy with all loading and boundary conditions. In order to achieve a good design, it is necessary to all loading and boundary conditions simultaneously, when a structure is optimized.
An optimal design problem of a multi-model structure consists of several single model structures with different conditions for the same structure. In the general procedure of optimal design, each single model is analyzed by finite element method consuming much time as a number of models demand tremendous calculating time. In the study, all finite element analysis required for optimal design is assembled together and the size of system equations for the finite element analysis is reduced by the static condensation to enhance the computing efficiency. The process of optimization has to deal with special characteristics of a multi-model structure such as the sensitivity analysis, various constraints, and so on. Several examples such as truss, beam are studied with the presentation method. Especially, a body structure of an electric railcar is studied to optimize on the given constraints.
다중 모델 구조의 최적 설계는 다양한 하중 조건과 경계 조건을 고려하여 구조물을 설계하는 것이다. 어떤 구조물들은 그 구조물의 용도와 주변 여건에 따라서 다양한 하중 조건과 경계 조건을 갖는다. 이런 구조물들은 각 조건들을 따로 고려하여 설계할 수 있다. 이런 경우에는 각 설계 모든 하중 조건과 경계 조건을 만족하지 않는다. 좋은 설계를 얻기 위해서는 구조물을 최적 설계 할 때 모든 하중 조건과 경계 조건을 동시에 고려하는 것이 필요하다. 다중 모델 구조의 최적 설계 문제는 동일 구조물에 대해 다른 조건들을 갖는 단일 모델 구조들로 이루어져 있다. 일반적인 최적설계의 과정에서 각 모델의 유한 요소 해석에 많은 시간이 필요하므로 모델의 수가 많으면 상당한 시간이 필요하다. 본 연구에서는 각 모델에 대한 유한 요소 해석을 합치고 정적 응축을 이용하여 시스템 방정식의 크기를 줄여 계산의 효율성을 높였다. 민감도 해석이나 다양한 제한 조건의 고려 등과 같은 다중 모델 구조의 최적화에서만 나타나는 특성도 고려하였다. 이런 방법을 트러스와 보 구조물 등 다양한 예제에 적용하였다. 특히, 전동차 구조물을 주어진 제한 조건에 대해 최적화 하였다.
