In a traditional topology optimization method, material properties are usually distributed by finite element density and visualized by a gray level image. The distribution method based on element density is adequate for a great mass of 2-D topology optimization problems. However, when it is used for 3-D topology optimization, it is always difficult to obtain a smooth model representation, and easily appears a virtualconnect phenomenon especially in a low-density domain. The 3-D structural topology optimization method has been developed using the node density instead of the element density that is based on SIMP (solid isotropic microstructure with penalization) algorithm. A computer code based on Matlab was written to validate the proposed method. When it was compared to the element density as design variable, this method could get a more uniform density distribution. To show the usefulness of this method, several typical examples of structure topology optimization are presented.
Let D be an integral domain, Spec(D) the set of prime ideals of D, and X a subspace of the Zariski topology on Spec(D). We show that X is compact if and only if given any ideal I of D with $I{\nsubseteq}P$ for all $P{\in}X$, there exists a finitely generated idea $J{\subseteq}I$ such that $J{\nsubseteq}P$ for all $P{\in}X$. We also prove that if D = ${\cap}_{P{\in}X}D_P$ and if * is the star-operation on D induced by X, then X is compact if and only if * $_f$-Max(D) ${\subseteq}$X. As a corollary, we have that t-Max(D) is compact and that ${\mathcal{P}}$(D) = {P${\in}$ Spec(D)$|$P is minimal over (a : b) for some a, b${\in}$D} is compact if and only if t-Max(D) ${\subseteq}\;{\mathcal{P}}$(D).
Kim, Hyun-Seok;Kim, Hyun-Sung;Park, Byoungjae;Lee, Kangsu
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.34
no.4
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pp.263-271
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2020
In this study, we performed a three-dimensional (3D) topology optimization of a fixed offshore structure to enhance its structural stiffness. The proposed topology optimization is based on the solid isotropic material with penalization (SIMP) method, where a volume constraint is applied to utilize an equivalent amount of material as that used for the rule-based scantling design. To investigate the effects of the main legs of the fixed offshore structure on its structural stiffness, the leg region is selectively considered in the design domain of the topology optimization problem. The obtained optimal designs and the rule-based scantling design of the structure are manufactured by 3D metal printing technology to experimentally validate the topology optimization. The behaviors under compressive loading of the obtained optimal designs are compared with those of the rule-based scantling design using a universal testing machine (UTM). Based on the structural experiments, we concluded that by employing the topology optimization method, the structural stiffness of the structure was enhanced compared to that of the rule-based scantling design for an equal amount of the fabrication material. Furthermore, by effectively combining the topology optimization and rule-based scantling methods, we succeeded in enhancing the structural stiffness and improving the breaking load of the fixed offshore structure.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.21
no.4
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pp.100-106
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2022
Topology optimization is applied for the optimal design of various products to ensure weight reduction and productivity improvement. Reducing the weight of the mold while maintaining its rigidity can ensure shortening of the production cycle, stabilization of the mold temperature, and reduction of mold material costs. In this study, a topology optimization technique was applied to the optimal design of the injection mold, and a topology-optimized model of the mold was obtained. First, the injection mold for the square specimens was modeled. Subsequently, a structural analysis was performed by implementing a load condition generated during the injection molding process. Topology optimization was performed based on the structural analysis results, and the models of the initial and topology-optimized designs were manufactured at 1/4 magnification using a 3D printer. Consequently, compared with the existing model, the weight of the topology-optimized model decreased by 9.8%, and the manufacturing time decreased by 7.61%.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.15
no.2
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pp.276-279
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2015
This paper presents two 3-stage D-band stacked amplifiers developed in a $0.13-{\mu}m$ SiGe BiCMOS technology, employed to compare the conventional cascode topology and the common-base (CB)/CB stacked topology. AMP1 employs two cascode stages followed by a CB/CB stacked stage, while AMP2 is composed of three CB/CB stacked stages. AMP1 showed a 17.1 dB peak gain at 143.8 GHz and a saturation output power of -4.2 dBm, while AMP2 showed a 20.4 dB peak gain at 150.6 GHz and a saturation output power of -1.3 dBm. The respective power dissipation was 42.9 mW and 59.4 mW for the two amplifiers. The results show that CB/CB stacked topology is favored over cascode topology in terms of gain near 140 GHz.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.23
no.1
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pp.84-91
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2013
Ultrasonic flip-chip bonding needs a precise bonding tool which delivers ultrasonic energy into chip bumps effectively to use the selected resonance mode and frequency of the horn structure. The bonding tool is excited at the resonance frequency and the input and output ports should locate at the anti-nodal points of the resonance mode. In this study, we propose new design method with topology optimization for ultrasonic bonding tools. The SIMP(solid isotropic material with penalization) method is used to formulate topology optimization and OC(optimal criteria) algorithm is adopted for the update scheme. MAC(modal assurance criterion) tracking is used for the target frequency and mode. We fabricate two prototypes of ultrasonic tools which are based on 3D optimization models after reviewing 2D and 3D topology optimization results. The prototypes are satisfied with the ultrasonic frequency and vibration amplitude as the ultrasonic bonding tools.
We need to flatten the brain cortex to smooth surface, sphere, or 2D plane in order to view the buried sulci. The rendered 3D surface of the segmented white matter and gray matter does not have the topology of a sphere due to the partial volume effect and segmentation error. A surface without correct topology may lead to incorrect interpretation of local structural relationships and prevent cortical unfolding. Although some algorithms try to correct topology, they require heavy computation and fail to follow the deep and narrow sulci. This paper proposes a method that corrects topology of the rendered surface fast, accurately, and automatically. The proposed method removes fractions beside the main surface, fills cavities in the inside of the main surface, and removes handles in the surface. The proposed method to remove handles has three-step approach. Step 1 performs smoothing operation on the rendered surface. In Step 2, vertices of sphere are gradually deformed to the smoothed surfaces and finally to the boundary of the segmented white matter and gray matter. The Step 2 uses multi-resolutional approach to prevent the deep sulci from geometrical intersection. In Step 3, 3D binary image is constructed from the deformed sphere of Step 2 and 3D surface is regenerated from the 3D binary image to remove intersection that may happen. The experimental results show that the topology is corrected while principle sulci and gyri are preserved and the computation amount is acceptable.
Recently, regulations on greenhouse gas emissions have been strengthened, and the International Maritime Organization (IMO) has been strengthening greenhouse gas regulations with a goal of net 'zero' emissions by 2050. In addition, in the shipbuilding/offshore sector, it is important to reduce operating costs, such as improving propulsion efficiency and lightening structures. In this regard, research is currently being conducted on topology optimization using 3D printed composite materials to satisfy structural lightness and high rigidity. In this study, three topology shapes (hexagonal, square, and triangular) were applied to the interior of a rudder, a ship structure, using 3D printed composite materials. Structural analysis was performed to determine the appropriate shape for the rudder. CFD analysis was performed at 10° intervals from 0° to 30° for each rudder angle under the condition of 8 knots, and the load conditions were set based on the CFD analysis results. As a result of the structural analysis considering the internal topology shape of the rudder, it was confirmed that the triangular, square, and hexagonal topology shapes have excellent performance. The rudder with a square topology shape weighs 78.5% of the rudder with a triangular shape, and the square topology shape is considered to superior in terms of weight reduction.
When designing ships and aircraft structures, it is important to design them to satisfy weight reduction and strength. Currently, studies related to topology optimization using 3D printed composite materials are being actively conducted to satisfy the weight reduction and strength of the structure. In this study, structural analysis was performed to analyze the applicability of 3D printed composite materials to the flight control surface, one of the parts of an aircraft or unmanned aerial vehicle. The optimal topology shape of the flight control surface for the bending load was analyzed by considering three types (hexagonal, rectangular, triangular) of the topology shape of the flight control surface. In addition, the bending strength of the flight control surface was analyzed when four types of reinforcing materials (carbon fiber, glass fiber, high-strength high-temperature glass fiber, and kevlar) of the 3D printed composite material were applied. As a result of comparing the three-point bending test results with the finite element method results, it was confirmed that the flight control surface with hexagonal topology shape made of carbon fiber and Kevlar had excellent performance. And it is judged that the 3D printed composite can be sufficiently applied to the flight control surface.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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