Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.30
no.5
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pp.453-460
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2017
In the offshore industry, helicopters are mainly used for transportation of goods or operating personnel between offshore sites and onshore facilities. A helideck is a structure that is required for landing and take-off of helicopters on the offshore structure. There are several shapes of helidecks depending on the type of offshore structures or installation location. Among them, cantilever-type helidecks usually provide more space on the topside of offshore structures and it is safer against potential accidents like fire or explosion. In this paper, the cantilever-type helideck is selected for the research object and topology design optimization is applied for lightweight design of the helideck. A finite element model is then created from the optimal layout of truss structures of the helideck, and structural analysis is performed under various landing conditions and wind loads. Based on the analysis results, the detailed section dimensions of structural members are determined so that the maximum stress at each structure member does not exceed the allowable stress of the structural material. Also, the final optimal design shows significant decrease in the total weight of the helideck.
Kim, Jaeseung;Moon, Sanggon;Han, Jeongwoo;Lee, Geun-Ho;Kim, Min-Geun
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.4
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pp.243-248
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2022
Weight optimization was performed for a rotorcraft shaft system using one-dimensional Euler-Bernoulli beam elements. Torsion, shaft support stiffness such as bearings, flange mass are all considered. To guarantee structural dynamic stability, eigenvalue analysis was performed to avoid critical speed and tooth mesh excitation form the gearbox. The weight optimization was performed by adjusting the thickness and radius while the length of the shaft was fixed, and the optimization process was divided into two stages. In the first, the weight is optimized with the torsional strength constraint. In the second, the difference between the primary mode of shaft and the critical speed is maximized so that the primary mode of the shaft can avoid the critical speed while the constraint on the torsional strength of the shaft is satisfied according to the standard for shaft system stability (AMC P 706-201, 1974). The proposed method was verified by comparing the results of the optimal design using the given one-dimensional beam elements with the stress results of the 3D finite element and the actual manufactured shaft.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.4
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pp.591-598
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2002
In the ship structural design, the material cost of hull weight and the overall cost of construction processes should be minimized considering safety and reliability. In the past, minimum weight design has been mainly focused on reducing material cost and increasing dead weight reflect the interests of a ship's owner. But, in the past experience, the minimum weight design has been inevitably lead to increasing the construction cost. Therefore, it is necessary that the designer of ship structure should consider both structural weight and construction cost. In this point of view, multi-objective optimization technique is proposed to design the ship structure in this study. According to the proposed algorithm, the results of optimization were compared to the structural design of actual VLCC(Very Large Crude Oil Carrier). Objective functions were weight cost and construction cost of VLCC, and ES(Evolution Strategies), one of the stochastic search methods, was used as an optimization solver. For the scantlings of members and the estimations of objectives, classification rule was adopted for the longitudinal members, and the direct calculation method, GSDM(Generalized Slope Deflection Method), lot the transverse members. To choose the most economical design point among the results of Pareto optimal set, RFR(Required Freight Rate) was evaluated for each Pareto point, and compared to actual ship.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.5
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pp.337-343
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2014
This paper presents a continuum-based shape design sensitivity analysis(DSA) method for crack propagation problems using a reproducing kernel method(RKM), which facilitates the remeshing problem required for finite element analysis(FEA) and provides the higher order shape functions by increasing the continuity of the kernel functions. A linear elasticity is considered to obtain the required stress field around the crack tip for the evaluation of J-integral. The sensitivity of displacement field and stress intensity factor(SIF) with respect to shape design variables are derived using a material derivative approach. For efficient computation of design sensitivity, an adjoint variable method is employed tather than the direct differentiation method. Through numerical examples, The mesh-free and the DSA methods show excellent agreement with finite difference results. The DSA results are further extended to a shape optimization of crack propagation problems to control the propagation path.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.21
no.6
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pp.113-125
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2017
In spite of bulk literature about the tuning of TMD, the effectiveness of TMD in reducing the seismic response of engineering structures is still in a row. This paper deals with the optimum tuning parameters of a passive TMD and simulated on MATLAB with a ten-story numerical shear building. A weighted multi-objective optimization method based on computer experiment consisting of coupled with central composite design(CCD) central composite design and response surface methodology(RSM) was applied to find out the optimum tuning parameters of TMD. After the optimization, the so-conceived TMD turns out to be optimal with respect to the specific seismic event, hence allowing for an optimum reduction in seismic response. The method was employed on above structure by assuming first the El Centro seismic input as a sort of benchmark excitation, and then additional recent strong-motion earthquakes. It is found that the RSM based weighted multi-objective optimized damper improves frequency responses and root mean square displacements of the structure without TMD by 31.6% and 82.3% under El Centro earthquake, respectively, and has an equal or higher performance than the conventionally designed dampers with respect to frequency responses and root mean square displacements and when applied to earthquakes.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.32
no.1
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pp.17-27
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2019
In this paper, we study the applicability of Tuned Mass Damper(TMD) to improve seismic performance of piping system under earthquake loading. For this purpose, a mode analysis of the target pipeline is performed, and TMD installation locations are selected as important modes with relatively large mass participation ratio in each direction. In order to design the TMD at selected positions, each corresponding mode is replaced with a SDOF damped model, and accordingly the corresponding pipeline is converted into a 2-DOF system by considering the TMD as a SDOF damped model. Then, optimal design values of the TMD, which can minimize the dynamic amplification factor of the transformed 2-DOF system, are derived through GA optimization method. The proposed TMD design values are applied to the pipeline numerical model to analyze seismic performance with and without TMD installation. As a result of numerical analyses, it is confirmed that the directional acceleration responses, the maximum normal stresses and directional reaction forces of the pipeline system are reduced, quite a lot. The results of this study are expected to be used as basic information with respect to the improvement of the seismic performance of the piping system in the future.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.1
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pp.105-111
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2003
Wheel for passenger car support the car weight with tires, and they transmit rolling and braking power into the ground. Whittling away at wheel weight is more effective to boost fuel economy than lighting vehicle body structure. A shape of hole in disk is optimized for minimizing the weight of steel wheel. Pro/ENGINEER program is used for formulating the design model, and ANSYS package is selected for analyzing the design model. It has difficulties to interface these commercial software directly. For Combining both programs, response surface methodology is applied to construct approximation functions for maximum stresses and maximum displacements are obtained by full factorial design of five levels. This steel wheel is modeled in 14-inch diameter of rim, and wide parameter of hole in disk is only selected as design variable for reducing the weight of steel whee. PLBA(Pshenichny-Lim-Belegundu-Arora) algorithm, which used the second-order information in the direction finding problem and uses the active set strategy, is used for solving optimization problems.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.04a
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pp.305-312
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1999
This study is intended to propose a systematic and practical life cycle cost(LCC) model for the development of the reliability-based seismic safety and cost-effective performance criteria for design and upgrading of long-span PC bridges. The LCC models consist of five cost functions such as initial cost, repair/replacement cost, human losses, road user cost, and indirect losses of regional economy. The proposed model Is successfully expressed in temrs of Park-Ang damage indices and life cycle damage probability obtained from SMART-DRAIN-2DX which is an existing algorithm for nonlinear time history analysis. The proposed LCC model is successfully applied to a viaduct constructed by PSM, in Seoul. Based on the observations, the proposed systematic procedure for the formulation of LCC model may be useful for the development of the reliability-based seismic safety and cost-effective performance criteria for design and upgrading of long-span PC bridges.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1991.04a
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pp.43-47
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1991
For the structural analysis of optimum form decision of 3-D free fort structure such as ship, plane, automobile, definition of versatile forms and comparision between them satisfying the design criterion, is essential. In this paper, three dimensional free-form structure and it's variation are defined and attempts were made to obtain geometric form information for structural analysis. The validity of the method ks been tested for a particular free-form model selected.
Kim, Dong-Hwi;Noh, Yoojeong;Lim, O-Kaung;Choi, Eun-Ho;Choi, Ju Yong
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.31
no.2
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pp.79-85
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2018
A two-way pump can reduce costs by draining and circulating water out and into the drum of the washing machine using a single motor whereas a conventional one-way pump uses two motors for doing the same function. However, when the water is drained through the drainage outlet in the two-way pump casing, a backward or inhalation flow occurs and the water flows to the circulation outlet. Likewise, when the water is circulated, the backward flow or inhalation makes the water flow to the drainage outlet. In this study, design optimization of the two-way pump casing is performed to maximize its performance while improving backward flow and inhalation occurring inside of the pump casing. For this, design variables of the pump casing that mainly affect the performance of the pump such as flow rate and torque of the motor were selected through the analysis of mean. Using response surface models for the performances, the ratio of the flow rate to the torque was maximized with satisfying the constraints for the back flow and inhalation through design optimization.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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