본 논문에서는 재생 커널 기법을 사용하여 혼합모드 균열진전 문제에 대한 연속체 기반의 형상 설계민감도 해석을 수행하였다. 재생 커널 기법은 기존의 유한요소법과 달리 요소망을 재구성할 필요가 없어, 커널 함수의 연속성을 증가시켰을 때 높은 정밀도의 형상함수를 얻을 수 있다는 장점을 가지고 있다. 균열선단 주변에서 J-적분을 수행하기 위해 선형탄성 조건이 고려되었다. 변위장과 응력 확대 계수의 설계변수에 대한 감도해석을 위하여 물질도함수를 도입하였으며 직접 미분법보다 효율적인 애조인 방법을 사용하여 설계민감도를 유도하였다. 수치 예제들을 통해서 재생 커널 기법을 이용한 균열진전 해석결과의 타당성을 확인하였으며 애조인 방법을 이용한 형상 설계민감도 해석 결과를 유한차분법과 비교하여 매우 정확하고 효율적인 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있었다. 이를 바탕으로 간단한 모델에 대하여 형상 최적설계를 수행하여 균열이 발생될 수 있는 구조물에 대해서 균열에 의한 피해를 최소화할 수 있도록 균열을 제어할 수 있는 최적의 형상을 도출하였다.
We consider singularly perturbed Boundary Value Problems (BVPs) for third and fourth order Ordinary Differential Equations(ODEs) of convection-diffusion type with discontinuous source term and a small positive parameter multiplying the highest derivative. Because of the type of Boundary Conditions(BCs) imposed on these equations these problems can be transformed into weakly coupled systems. In this system, the first equation does not have the small parameter but the second contains it. In this paper a computational method named as 'An asymptotic finite element method' for solving these systems is presented. In this method we first find an zero order asymptotic approximation to the solution and then the system is decoupled by replacing the first component of the solution by this approximation in the second equation. Then the second equation is independently solved by a fitted mesh Finite Element Method (FEM). Numerical experiments support our theoritical results.
Various aspects of structural optimization techniques under transient loads are extensively reviewed. The main themes of the paper are treatment of time dependent constraints, calculation of design sensitivity, and approximation. Each subject is reviewed with the corresponding papers that have been published since 1970s. The treatment of time dependent constraints in both the direct method and the transformation method is discussed. Two ways of calculating design sensitivity of a structure under transient loads are discussed - direct differentiation method and adjoint variable method. The approximation concept mainly focuses on re- sponse surface method in crashworthiness and local approximation with the intermediate variable Especially, as an approximated optimization technique, Equivalent Static Load method which takes advantage of the well-established static response optimization technique is introduced. And as an application area of dynamic response optimization technique, the structural optimization in flexible multibody dynamic systems is re- viewed in the viewpoint of the above three themes
반복 비선형 계획법의 하나인 선형화 기법을 절대수렴의 전제아래 합성 구조물의 최적 설계에 응용한다. 선형화 기법은 설계문제의 제약조건을 선형화된 등가 제약조건으로 변형시키며 active-set 정책을 구사한다. 결과, 매 설계단계에서 풀어야 할 상태 및 수반 방정식의 수를 줄임으로써 실질적인 계산의 절감을 기한다. 기둥으로 받쳐진 판-보 구조물은 최적화 기법의 능력을 시험키 위한 합성구조물의 좋은 예로서, 설계결과 선형화 기법은 만족할만한 수렴치로써 최적해를 산출함을 알 수 있고 나아가 이 방법은 모든 종류의 최적화 문제에 적용될 수 있을 것으로 보인다.
Using a level set method and topological derivatives, a topological shape optimization method that is independent of an initial design is developed for linearly elastic structures. In the level set method, the initial domain is kept fixed and its boundary is represented by an implicit moving boundary embedded in the level set function, which facilitates to handle complicated topological shape changes. The 'Hamilton-Jacobi (H-J)' equation and computationally robust numerical technique of 'up-wind scheme' lead the initial implicit boundary to an optimal one according to the normal velocity field while minimizing the objective function of compliance and satisfying the constraint of allowable volume. Based on the asymptotic regularization concept, the topological derivative is considered as the limit of shape derivative as the radius of hole approaches to zero. The required velocity field to update the H -J equation is determined from the descent direction of Lagrangian derived from optimality conditions. It turns out that the initial holes is not required to get the optimal result since the developed method can create holes whenever and wherever necessary using indicators obtained from the topological derivatives. It is demonstrated that the proper choice of control parameters for nucleation is crucial for efficient optimization process.
This paper discusses a harmonic response estimation method on the L$\acute{e}$vy plate with two opposite edges simply supported and the other two edges having free boundary conditions. Since the equation of motion of the plate is not self-adjoint, the modes are not orthogonal to each other on the domain. Noting that the L$\acute{e}$vy plate can be expressed using one term sinusoidal function that is orthogonal to other sinusoidal functions, this paper suggested the calculation method that is equivalent to finding a least square error minimization solution of the finite number of algebraic equations. Example problems subjected to a distributed area loading and a distributed line loading are defined and their solutions are provided. The solutions are compared to those of the commercial code, ANSYS. According to the verification results, it is expected that the suggested method will be useful to predict the forced response on the L$\acute{e}$vy plate with the distributed area or line loading conditions.
Rezaiee-Pajand, Mohammad;Sani, Ahmad Aftabi;Hozhabrossadati, Seyed Mojtaba
Steel and Composite Structures
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제30권1호
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pp.57-67
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2019
This paper deals with the static analysis of axially functionally graded rectangular plates. It is assumed that the flexural rigidity of the plate varies exponentially along one of the plate's in-plane dimensions. Both an analytical approach and a numerical method are utilized to solve the problem. The analytical solution is obtained by using the Green's function method. To employ this approach, the adjoint boundary value problem is established. Then, exact solutions for deflection of the plate for different boundary conditions are found. In another way, a finite element formulation for the problem is developed. In order to demonstrate the validity of the Authors' formulation, the results obtained via both mentioned schemes are compared with each other for functionally graded plates and with results of previously published works for homogeneous plates. The effect of plate parameters on the response of the plate is also investigated. To remind the research background, a brief review on the application of Green's function method in plates' analysis and functionally graded plates is also presented.
선박, 자동차, 항공기등 수송체 구조해석에 유한요소법이 사용됨에 따라 초기 설계 후 대형 복합구조물의 해석이 ANSYS, NASTRA등의 범용 유한요소 코드에 의해 수행되고 있다. 설계변경을 시도할 때 설계자의 경험과 인지만으로 대형 구조물의 성능변경을 예측하기는 어렵다. 비록 대형 컴퓨터의 사용으로 구조 재해석이 용이하나 정량적 및 이론적 설계수정방향 없이는 인력과 계산시간 소모를 초래하고 때로는 시간 제약으로 충분한 재해석을 못할 수가 있다. 이때 긴요하게 사용될 수 있는 정보는 민감도로서 설계변수 변화에 대한 구조응답 변화를 수치적으로 나타내므로 설계변경에 도움을 줄 수 있다. 본 논문에서 계산된 정확한 민감도는 선체데크구조와 수송체구조물 프레임 강성도를 설계 변수로 하였으며 구조물 진동저감 설계에 사용될 수 있다. 즉 유한요소법에 의한 구조 재해석에 의하지 않고 민감도 값으로 구조 진동변위 증감을 예측할 수 있음이 예제로 보여지고 있다.
A two-dimensional transient inverse heat conduction problem involving the estimation of the unknown location, ($X^*$, $Y^*$), and timewise varying unknown strength, $G({\tau})$, of a line heat source embedded inside a rectangular bar with insulated boundaries has been solved simultaneously. The regular conjugate gradient method, RCGM and the modified conjugate gradient method, MCGM with adjoint equation, are used alternately to estimate the unknown strength $G({\tau})$ of the source term, while the parameter estimation approach is used to estimate the unknown location ($X^*$, $Y^*$) of the line heat source. The alternate use of the regular and the modified conjugate gradient methods alleviates the convergence difficulties encountered at the initial and final times (i.e ${\tau}=0$ and ${\tau}={\tau}_f$), hence stabilizes the computation and fastens the convergence of the solution. In order to examine the effectiveness of this approach under severe test conditions, the unknown strength $G({\tau})$ is chosen in the form of rectangular, triangular and sinusoidal functions.
This paper presents an efficient method for determining the forced response of a spinning flexible disk-spindle system supported by fluid dynamic bearings(FDBs) in a computer hard disk drive(HDD). The spinning flexible disk-spindle system is represented by the asymmetric finite element equations of motion originating from the asymmetric dynamic coefficients of the FDBs and the gyroscopic moment of a spinning disk-spindle system. The proposed method utilizes only the right eigenvectors of the eigenvalue problem to transform the large asymmetric finite element equations of motion into a small number of coupled equations, guaranteeing the accuracy of their numerical integration. The results are then back-substituted into the equations of motion to determine the forced response. The effectiveness of the proposed method was verified by comparing it with the responses from the classical methods of mode superposition with the general eigenvalue problems, and mode superposition with modal approximation. The proposed method was shown to be effective in determining the forced response represented by the asymmetric finite element equations of motion of a spinning flexible disk-spindle system supported by FDBs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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