Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.3
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pp.233-238
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2008
In this paper, a shape design optimization method for linearly elastic problems is developed using isogeometric approach. In many design optimization problems for practical engineering models, initial raw data usually come from a CAD modeler. Then, designers should convert the CAD data into finite element mesh data since most of conventional design optimization tools are based on finite element analysis. During this conversion, there are some numerical errors due to geometric approximation, which causes accuracy problems in response as well as design sensitivity analyses. As a remedy for this phenomenon, the isogeometric analysis method can be one of the promising approaches for the shape design optimization. The main idea of isogeometric approach is that the basis functions used in analysis is exactly the same as the ones representing the geometry. This geometrically exact model can be used in the shape sensitivity analysis and design optimization as well. Therefore the shape design sensitivity with high accuracy can be obtained, which is very essential for a gradient-based optimization. Through numerical examples, it is verified that the shape design optimization based on an isogeometic approach works well.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.11
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pp.180-187
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2003
A CAD-based seamless design system for MEMS named DS/MEMS was developed which performs coupled-field analysis, optimal and robust design. DS/MEMS has been developed by means of integrating commercial codes and inhouse code-SolidWorks, FEMAP, ANSYS and CA/MEMS. This strategy results in versatility that means to include various analysis model, corresponding analyses and approximated design sensitivity analysis and user friendliness that design variables are taken to be selectable directly from a CAD model, that the problem is formulated under a window environment and that the manual job during optimization process is almost eliminated. DS/MEMS works on a parametric CAD platform, integrating CAD modeling, analysis, and optimization. Nonlinear programming algorithms, the Taguchi method, and response surface method are made available for optimization. One application problem is taken to illustrate the proposed methodology and show the feasibility of DS/MEMS as a practical tool.
In this paper, we introduce a seamlessly integrated CAD-based design system (DS) for CAD modeling, engineering analysis, and optimal design which has been developed in CCED at KAIST, The key points of this integrating philosophy are to make full use of a parametric CAD program as the platform of integration and to adopt finite difference method for design sensitivity analysis in optimization process to get robustness and versatility. Design variables are directly selected by clicking CAD model parameters and all the analysis and design activities are menu-driven. This integrated program, named as DS/FDM, runs on Windows NT or Unix and FE analyses are performed at a remote Unix-workstation for multiple users. Application examples include shape optimal design of a belt clip that fits onto a portable electronic device and a bracket to show performance of DS/FDM with shell and tetra solid elements. This software is found efficient and effective fur shape design and size design of engineering structures.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.11
no.6
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pp.422-428
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2006
In this paper, an NC data optimization approach for enhancing 5-axis machining speed is presented. It is usual to use expensive commercial CAD/CAM programs for NC data of 5-axis machining, since it needs very large calculations for optimal tool positioning and orientation, tool path planning, and collision-free tool path generation. Since commercial CAD/CAM systems have similar functions and efficiency based on common algorithms of reliable theories, they do not have their own unique features for machining speed and efficiency. In other words, most commercial CAD/CAM systems consider only the characteristics of part geometry to be machined, which means that they generate almost the same NC data if the part to be machined is the same, even though different machines are used for the pin. A new approach is proposed for optimizing NC data of 5-axis machining, which is based on the characteristics of the machine to be operated. As a result, the speed of 5-axis machining can increase without losing machining accuracy and surface quality.
Louhichi, Borhen;Aifaoui, Nizar;Hamdi, Mounir;BenAmara, Abdelmajid;Francois, Vincent
International Journal of CAD/CAM
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v.9
no.1
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pp.17-24
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2010
For several years, researchers have focused on improving the integration of the CAD, CAM and Analysis through a better communication between the various analysis tools. This tendency to integrate the CAD/Analysis and automation of the corresponding processes requires data sharing between the various tasks using an integrated product model. We are interested in this research orientation to CAD/CAM/Analysis integration by rebuilding the CAD model (BREP), starting from the Analysis results (deformed mesh). Because this problem is complex, it requires to be split into several complementary parts. This paper presents an original interoperability process between the CAD and CAE. This approach is based on a new technique of rebuilding the CAD surface model (Nurbs, Bezier, etc.) starting from triangulation (meshed surface) as a main step of the BREP solid model. In our work, the advantages of this approach are identified using a centrifugal pump example.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.10
no.5
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pp.328-338
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2005
CAD systems are routinely used by designers for creating part geometries. Interfaces to CAE/CAM systems are also commonplace enabling the FEA-based design optimization and the rapid fabrication of the designed part. However, conventional CAD systems have thus far focused on objects with homogeneous interior. Two recent advances--use of heterogeneous objects such as Functionally Graded Materials (FGM) in parts and Layered Manufacturing Technology (LMT)--have brought to the forefront the need for CAD systems to support the creation of geometry as well as the graded material inside. We first describe the need and the components of such a CAD system for heterogeneous objects. A prototype CAD system is then described with one specific example (thermal barrier type FGM, pressure vessel) in order to illustrate the use of the implemented CAD system. The implemented system is manually integrated with FEA tools for optimal design. Our ongoing work involves the automation of the integration with FEA tools.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.1
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pp.61-67
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2011
This study is concerned with the shape optimization of structural members frequently found in critical area in a structure system, that is, highly stressed zone. Isogeometry analysis is well known to be the very efficient way to integrate the geometric modeling(CAD) and computational analysis(CAE). This can be accomplished by directly using the geometric modeling by NURBS(Non-Uniform Rational Basis Spline). In this study, an efficient computer code adopting the isogeometry concept has been developed for the structural analysis, in which CAD information can be directly used in the finite element modeling. In order to show the validity of the present code, the present results are compared with those by using the commercial package, that is, MSC/NASTRAN. The present isogeometric analysis procedure has been integrated with the optimization procedure to deal with the optimization problem found in the context of structural mechanics. The present system has been successfully applied to the shape optimization of cantilever structure having bracket. From the present study, it can be seen the validity of the present approach and computer codes developed in this study. This paper ends with some discussions about the practical usefulness of the present approach which is based on isogeometry analysis, and extension of the present study.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.5
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pp.345-352
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2014
In this paper, the CAD data for the optimal shape design obtained by isogeometric shape optimization is directly used to fabricate the specimen by using 3D printer for the experimental validation. In a conventional finite element method, the geometric approximation inherent in the mesh leads to the accuracy issue in response analysis and design sensitivity analysis. Furthermore, in the finite element based shape optimization, subsequent communication with CAD description is required in the design optimization process, which results in the loss of optimal design information during the communication. Isogeometric analysis method employs the same NURBS basis functions and control points used in CAD systems, which enables to use exact geometrical properties like normal vector and curvature information in the response analysis and design sensitivity analysis procedure. Also, it vastly simplify the design modification of complex geometries without communicating with the CAD description of geometry during design optimization process. Therefore, the information of optimal design and material volume is exactly reflected to fabricate the specimen for experimental validation. Through the design optimization examples of elasticity problem, it is experimentally shown that the optimal design has higher stiffness than the initial design. Also, the experimental results match very well with the numerical results. Using a non-contact optical 3D deformation measuring system for strain distribution, it is shown that the stress concentration is significantly alleviated in the optimal design compared with the initial design.
In density-based topology optimization, 0/1 solutions are sought. Discrete topological problems are often relaxed with continuous design variables so that they can be solved using continuous mathematical programming. Although the relaxed methods are practical, grey areas appear in the optimum topologies. SIMP (Solid Isotropic Microstructures with Penalization) employs penalty schemes to suppress the intermediate densities. SRV (the Sum of the Reciprocal Variables) drives the solution to a 0/1 layout with the SRV constraint. However, both methods cannot effectively remove all the grey areas. SRV has some numerical aspects. In this work, a new scheme SIMP-SRV is proposed by combining SIMP and SRV approaches, where SIMP is employed to generate an intermediate solution to initialize the design variables and SRV is then adopted to produce the final design. The new method turned out to be very effective in conjunction with the method of moving asymptotes (MMA) when using for the stiffness topology optimization of continuum structures for minimum compliance. The numerical examples show that the hybrid technique can effectively remove all grey areas and generate stiffer optimal designs characterized with a sharper boundary in contrast to SIMP and SRV.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.10
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pp.947-953
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2008
MDO(Multidisciplinary Design and Optimization) framework can be an integrated environment or a system, which is for synthetic and simultaneous analysis and design optimization in various design fields of aerospace systems. MDO framework has to efficiently use and integrate distributed resources such as various analysis codes, optimization codes, CAD tools, DBMS and etc. in heterogeneous environment, and to provide graphical and easy-to-use user interfaces. Also, its development method can be changed by design objects and development environment. In this paper, we classify MDO frameworks into three types according to the development environments: Single PC-based, PLinda-based and Web Services-based MDO framework. And, we compare and analyze these frameworks.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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