Topology Design Optimization of Heat Conduction Problems using Adjoint Sensitivity Analysis Method

김민근; 김재현; 조선호

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자료유형: 학술저널

저자정보: 김민근 김재현 조선호

저널정보: 한국전산구조공학회 한국전산구조공학회논문집 한국전산구조공학회논문집 제23권 제6호

발행연도: 2010.1

수록면: 683 - 692 (10page)

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In this paper, using an adjoint variable method, we develop a design sensitivity analysis(DSA) method applicable to heat conduction problems in steady state. Also, a topology design optimization method is developed using the developed DSA method. Design sensitivity expressions with respect to the thermal conductivity are derived. Since the already factorized system matrix is utilized to obtain the adjoint solution, the cost for the sensitivity computation is trivial. For the topology design optimization, the design variables are parameterized into normalized bulk material densities. The objective function and constraint are the thermal compliance of structures and allowable material volume respectively. Through several numerical examples, the developed DSA method is verified to yield very accurate sensitivity results compared with finite difference ones, requiring less than 0.25% of CPU time for the finite differencing. Also, the topology optimization yields physical meaningful results.

#heat conduction #design sensitivity analysis #adjoint variable method #topology optimization

참고문헌 (7)

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Bendsoe, M.P / 1988 / Generating Optimal Topologies in Structural Design using a Homogenization Method / Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 71 : 197 ~ 224

Cho, S / 2003 / Design Sensitivity Analysis and Topology Optimization of Displacement-Loaded Nonlinear Structures / Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 192

Haug, E.J / 1986 / Esign Sensitivity Analysis of Structural Systems / Academic Press : 83 ~ 109

Li, Q / 1999 / Shape and Topology Design for Heat Conduction by Evolutionary Structural Optimization / International Journal of Heat and Mass Transfer 42 : 3361 ~ 3371

Sluzalec, A / 1996 / Shape Sensitivity Analysis for Nonlinear Steady-State Heat Conduction Problems / International Journal for Numerical Methods in Engineering 39 : 2609 ~ 2

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