구조해조
프로젝트 개요
기술개발 과제
국문 : 위상 최적화 기법을 이용한 트러스교 설계
영문 : Truss bridge design using topology optimization technique
과제 팀명
구조해조
지도교수
김선중 교수님
개발기간
2024년 3월 ~ 2024년 6월 (총 4개월)
구성원 소개
서울시립대학교 토목공학과 2021****** 이**(팀장)
서울시립대학교 토목공학과 2017****** 송**
서울시립대학교 토목공학과 2019****** 고**
서울시립대학교 토목공학과 2021****** 손**
서울시립대학교 토목공학과 2021****** 윤**
서론
개발 과제의 개요
개발 과제 요약
◇ 교량 붕괴 시의 상황을 가정하여 신속한 재시공을 목표로 한다. 본 프로젝트에서 선정한 교량은 강원도 동해시에 위치한 전천과선교로, 위상 최적화 분석을 통해 최적 형상을 추출하고 Visual FEA 프로그램을 통해 안정성과 사용성을 검토하여 실제 설계에 준하는 교량 설계를 진행한다.
◇ 실제 교량에 적용되는 하중인 콘크리트 및 강재의 자중, 표준트럭하중, 표준차로하중, 풍하중, 지진하중을 도로교 설계기준에 따라 하중을 조합·재하하여 Matlab을 이용한 위상 최적화를 통해 최적 트러스교 형상을 결정한다. 교량의 안정성과 사용성을 검토하기 위해 교량에 가해지는 집중하중 및 등분포하중을 각 트러스 부재 절점에 작용하는 절점하중으로 변환하여 Visual FEA 프로그램에 적용해 처짐과 부재력을 확인한다.
개발 과제의 배경
◇ 일반적으로 구조설계 시 내적 안전성과 외적 안정성의 충족을 목적으로 하는데, 전통적인 초기 설계 방식은 능숙한 숙련자의 경험과 직관에 의하더라도 한 번에 모든 조건을 만족하는 경우는 드물다. 여러 번의 변경 및 성능 확인 절차를 거쳐야 하며, 설계조건을 만족하더라도 너무 높은 안전율로 인해 비경제적인 설계가 되는 경우도 허다하다.
◇ 분당 정자교 붕괴로 인해 부실시공 교량들에 대한 재시공이 요구되며, 교량 설계 시간 단축의 중요성이 대두되었다. 전통적 설계 방식의 한계를 극복하기 위해 설계 제약조건 만족만을 목표로 하는 것이 아닌 안전성과 사용성을 모두 고려한 설계 방식인 위상 최적화 개념을 도입해 급속 디자인을 하고자 한다.
개발 과제의 목표 및 내용
[연구 목표]
전천과선교 붕괴 시 상황을 가정하여 설계 과정의 간소화를 목표로 한다. 따라서 위상 최적화 프로그램을 통해 설계에 사용된 대표적인 하중들을 실제 설계기준에 따라 조합하고 대입하여 여러 트러스교 형식의 교량을 모델링하고 적절한 형상들을 추출한다. 추출된 각각의 형상들은 Visual FEA 프로그램을 이용해 부재력과 처짐을 검토한 후, 최종적으로 새로운 형상의 전천과선교를 제작한다.
[연구 내용]
1. 실제 교량 설계 시 사용하는 하중들의 크기들을 조사하고 계산한다.
2. Matlab을 이용한 IUPUI 3D topology 프로그램에 계산한 수치를 대입하여 트러스교 형상들을 추출한다.
3. 하중을 안정적으로 지지하기 어려울 것으로 판단되는 형상이 나온 경우, 임의로 부재를 추가하는 것이 필요함을 설명하는 논문 ‘Design of a Truss Bridge for Low Cost using Structural Topology Optimisation(Wayne Sutcliffe 저)’을 바탕으로 최적의 보완 형상을 조사하여 부재를 추가한 최종적 형상들을 결정한다.
4. 추출된 형상의 안정성과 사용성을 검토하기 위해 Visual FEA를 통해 각 트러스 부재의 부재력과 처짐, 처짐 형상을 구하고 비교 분석하여 최종 교량 형상을 선택한다.
관련 기술의 현황
관련 기술의 현황 및 분석(State of art)
- 전 세계적인 기술현황
내용
- 특허조사 및 특허 전략 분석
내용
- 기술 로드맵
내용
시장상황에 대한 분석
- 경쟁제품 조사 비교
내용
- 마케팅 전략 제시
내용
개발과제의 기대효과
기술적 기대효과
내용
경제적, 사회적 기대 및 파급효과
내용
기술개발 일정 및 추진체계
개발 일정
내용
구성원 및 추진체계
내용
설계
설계사양
제품의 요구사항
내용
설계 사양
내용
개념설계안
내용
이론적 계산 및 시뮬레이션
내용
상세설계 내용
내용
결과 및 평가
완료 작품의 소개
프로토타입 사진 혹은 작동 장면
내용
포스터
내용
관련사업비 내역서
내용
완료작품의 평가
내용
향후계획
내용
특허 출원 내용
내용
