A box-type mounting structure for a precision hanging body is studied for a practical optimal design. A two stage optimization is suggested. The first stage concerns about optimal location of two supports. The box is modeled as a beam and the maximum bending moment due to various weights is minimized. A gradient based optimization is used. Comparing with the initial Engineering design, the optimal location achieves a reduction of about 53%.
In the second stage, the structure is modeled by quadrilateral plate and beam elements. A fully stressed design algorithm is then applied under stress constraints. COSMIC/NASTRAN has been used. Four design cases have been considered to see general tendencies in the designs obtained. When all the structural sizes are taken as design variables with 5 design variable groups, it is found that the plate thickness and the longitudinal substiffeners in the bottom are not significant for the structural strength. Three other cases involve the design of stiffeners with different selection of design groups. Weight reductions in the range of 5 to 55% have been obtained.
Based on this preliminary design study, an improved design formulation is suggested, where the plate thickness is preselected from a realistic design considerations. The transversal main and substiffeners and the longitudinal main stiffener are taken to be designed. The final design obtained in this way has a weight reduction of 24% and is recommended.
매달린 물체를 지지하는 지지씨스템인 상자형 구조물에 대한 최적설계를 수행하였다. 최적화과정은 두단계로 구분 할 수있다. 첫번째는 지지 씨스템의 지지대 위치를 최적화 하므로써 외부상자에 걸리는 최대굽힘 모멘트를 최소화 시키는데 그 목적이 있다. 최적화 방법으로는 미분벡터 투영법을 사용 하였으며 그 결과 기존 구조물의 최대굽힘 모멘트 값보다 약 53% 감소시킬 수 있었다.
두번째로 외부상자를 사각형 판재요소와 보요소로 모델링한 후 응력제한 조건하에 FSD (Fully Stressed Design) 기법을 사용하여 서로 다른 네가지 경우에 대해 각각 설계를 수행한후 각각의 설계변수가 외부 상자의 강도에 미치는 영향을 파악하였다. FSD설계에는 COSMIC/NASTRAN 프로그램을 사용하였다. 외부상자의 모든 칫수를 설계변수로 설계를 수행한 결과 전체 판재의 두께와 종방향 부보강재는 외부상자의 강도에 크게 영향이 없음을 알 수있었다. 나머지 각종 보강재의 단면적을 설계변수로 FSD설계를 수행한 결과 약 5 - 55% 까지 외부 상자의 무게를 감소시킬 수 있었다.
이러한 예비 설계를 기초로 개선설계를 수행 하였다. 개선설계시 판재의 두께는 실제적인 설계고려요소를 감안하여 미리 결정하였고, 횡방향 주보강재와 부보강재 그리고 종방향 주보강재는 FSD설계과정을 통하여 결정하였으며 종방향 부보강재는 구조물의 강도를 고려하여 종방향 주보강재와 동일한 형상으로 적용하여 개선설계 하였다. 개선 설계결과 기존구조물 보다 약 24%의 중량 감소 효과가 있으며 정하중 응력해석 결과 강도상 안전한 것으로 판단되어 실용설계로 추천가능하다.
