Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.7
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pp.1604-1618
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1995
In the process of mechanical assembly design, assembly modeling systems have been used mainly for the design verification before manufacturing by enabling to check the interference and/ or the dynamic and kinematic performance. However, the conventional assembly modeling systems have a shortcoming that they can not be used in the initial design stage but can be used only after the design is fully completed. In other words conventional assembly modeling systems provide bottom-up modeling which means that the detailed modeling of components must precede the definition of relationships between them. To resolve this problem, an assembly modeling system is proposed to provide a top-down modeling environment in which components and assembly can be modeled simultaneously. To this end, an assembly data structure suitable for top-down assembly modeling has been established. Feature positioning Module(FPM) using geometric constraints has been also developed. The Sekective Solving Method proposed for FPM is based on the priority between the constraint equations and enables the designer's intent expressed by geometric constraints to be maintained throughout the whole modeling process. Finally, the feature based modeling technique using two-level features has been developed. Two-level features include an abstract model and a detailed model in a merged form in non-manifold data frame.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.12
no.4
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pp.47-56
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2012
This paper describes the structural design and optimization of sinusoidally corrugated web girder by using EUROCODE (EN 1993-1-5). The optimum design methodology and characteristics of the optimal cross-section are discussed. We investigate a shear buckling and the concerned standards for corrugated web and explain the equations to obtain a critical stress according to buckling type. In order to perform optimization, we consider an objective function as minimum weight of the girder and use the constraint functions as slenderness ratio and stresses of flanges as well as corrugated web and deflection. Genetic Algorithm is adopted to search a global optimum solution for this mathematical model. For numerical example, the clamped girder under the concentrated load is considered, while the optimum cross-sectional area and design variables are analyzed. From the results of the adopted example, the optimum design program of the sinusoidally corrugated web girder is able to find the suitable solution which satisfied a condition subject to constraint functions. The optimum design shows the tendency to decrease the cross-sectional area with the yielding strength increase and increase the areas with load increase. Moreover, the corrugated web thickness shows a stable increase concerning the load.
Lakshmanan, N.;Gopalakrishnan, N.;Rama Rao, G.V.;Sathish kumar, K.
Geomechanics and Engineering
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v.1
no.2
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pp.121-142
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2009
The paper deals with the applications of spectral finite element method to the dynamic analysis of framed foundations supporting high speed machines. Comparative performance of approximate dynamic stiffness methods formulated using static stiffness and lumped or consistent or average mass matrices with the exact spectral finite element for a three dimensional Euler-Bernoulli beam element is presented. The convergence of response computed using mode superposition method with the appropriate dynamic stiffness method as the number of modes increase is illustrated. Frequency proportional discretisation level required for mode superposition and approximate dynamic stiffness methods is outlined. It is reiterated that the results of exact dynamic stiffness method are invariant with reference to the discretisation level. The Eigen-frequencies of the system are evaluated using William-Wittrick algorithm and Sturm number generation in the $LDL^T$ decomposition of the real part of the dynamic stiffness matrix, as they cannot be explicitly evaluated. Major's method for dynamic analysis of machine supporting structures is modified and the plane frames are replaced with springs of exact dynamic stiffness and dynamically flexible longitudinal frames. Results of the analysis are compared with exact values. The possible simplifications that could be introduced for a typical machine induced excitation on a framed structure are illustrated and the developed program is modified to account for dynamic constraint equations with a master slave degree of freedom (DOF) option.
Radon and radon progeny being natural radioactive pollutants, seriously affect the health of uranium miners. Radon reduction by ventilation is an essential means to improve the working environment. Firstly, the relational model is built between the radon exhalation rate of the loose body and the ventilation parameters in the stope with radon percolation-diffusion migration dynamics. Secondly, the model parameters of radon exhalation dynamics are uncertain and described by triangular membership functions. The objective functions of the left and right equations of the radon exhalation model are constructed according to different possibility levels, and their extreme value intervals are obtained by the immune particle swarm optimization algorithm (IPSO). The fuzzy target and fuzzy constraint models of radon exhalation are constructed, respectively. Lastly, the fuzzy aggregation function is reconstructed according to the importance of the fuzzy target and fuzzy constraint models. The optimal control decision with different possibility levels and importance can be obtained using the swarm intelligence algorithm. The case study indicates that the fuzzy aggregation function of radon exhalation has an upward trend with the increase of the cut set, and fuzzy optimization provides the optimal decision-making database of radon treatment and prevention under different decision-making criteria.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.6A
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pp.617-624
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2009
This study deals with the free vibrations of the elastica shaped arch with linear taper. The shape of elastica is obtained from the Bernoulli-Euler beam theory. Differential equations governing free vibrations of such arch are derived and numerically solved to determine natural frequencies, in which three kinds of taper type and two kinds of end constraint, respectively, are considered. For validating the theories presented herein, the frequency parameters obtained in this study are compared to those of SAP 2000. As results of the numerical analyses, effects of end constraint, taper type, slenderness ratio and section ratio on the lowest four non-dimensional frequency parameters are extensively investigated.
Magazine of the Korean Society of Agricultural Engineers
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v.30
no.3
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pp.82-94
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1988
A growing attention has been paid to the optimum design of structures in recent years. Most studies on the optimum design of reinforced concrete structures has been mainly focussed to the design of structural members such as beams, slabs and columns, and there exist few studies that deal with the optimum design of large-scale concrete shell structures. The purpose of the present investigation is, therefore, to set up an efficient optimum design method for the large-scale reinforced concrete cylindrical shell structures like intake tower of reservoir. The major design variables are the dimensions and steel areas of each member of structures. The construction cost which is compo8ed of the concrete, steel, and form work costs, respectively, is taken as the objective function. The constraint equations for the design of intake-tower are derived on the basis of strength design method. The results obtained are summarized as follows 1. The efficient optimlzation algorithrns which can execute the automatic optimum design of reinforced concrete intake tower based on the strength design method were developed. 2. Since the objective function and design variables were converged to their optimum values within the first or second iteration, the optimization algorithms developed in this study seem to be efficient and stable. 3. When using the strength design method, the construction cost could be saved about 9% compared with working stress design method. Therefore, the reliability of algorithm was proved. 4. The difference in construction cost between the optimum designs with substructures and with entire structure was found to be small and thus the optimum design with substructures may conveniently be used in practical design. 5. The major active constraints of each structural member were found to be the 'bending moment constraint for slab, the minimum longitudinal steel ratio constraint for tower body and the shearing force, bending moment and maximum eccentricity constraints for footing, respectively. 6. The computer program developed in the present study can be effectively used even by an uneiperienced designer for the optimum design of reinforced concrete intake-tower on the basis of strength design method.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.9
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pp.884-890
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2008
A new guidance law to reach circular target area with grazing angle constraint is proposed as one of midcourse guidance laws of unmanned air vehicles. The purpose of the law is to control the grazing angle between the velocity vector of the vehicle and the line of sight to the aiming point, the center of the circular target area, when the vehicle passes any point on the circle. The optimal solution is derived based on the optimal control theory minimizing a range weighted control energy subject to the nonlinear dynamic equations of the vehicle approaching to the circular target area with grazing angle constraint. The major properties including a convergence of the solution are examined and the performance of the law applied to some typical scenarios is shown by the numerical simulation.
Min-Geun, Kim;Seok-Chan, Kim;Jaeseung, Kim;Jai-Kyung, Lee;Geun-Ho, Lee
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.6
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pp.367-374
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2022
This papter presents the use of the automatic differential method based on the backpropagation method to obtain the design sensitivity and its application to topology optimization considering the stress constraints. Solving topology optimization problems with stress constraints is difficult owing to singularities, the local nature of stress constraints, and nonlinearity with respect to design variables. To solve the singularity problem, the stress relaxation technique is used, and p-norm for stress constraints is applied instead of local stresses for global stress measures. To overcome the nonlinearity of the design variables in stress constraint problems, it is important to analytically obtain the exact design sensitivity. In conventional topology optimization, design sensitivity is obtained efficiently and accurately using the adjoint variable method; however, obtaining the design sensitivity analytically and additionally solving the adjoint equation is difficult. To address this problem, the design sensitivity is obtained using a backpropagation technique that is used to determine optimal weights and biases in the artificial neural network, and it is applied to the topology optimization with the stress constraints. The backpropagation technique is used in automatic differentiation and can simplify the calculation of the design sensitivity for the objectives or constraint functions without complicated analytical derivations. In addition, the backpropagation process is more computationally efficient than solving adjoint equations in sensitivity calculations.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.9
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pp.1069-1075
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2013
An effective method is necessary for the real-time analysis of an unmanned military robot. To achieve highly efficient simulations, a subsystem synthesis method has been developed. The subsystem synthesis method separately generates equations of motion for the base body and for the subsystem. The equations of motion are expressed by DAE, which consist of differential equations and algebraic equations. To increase the accuracy and efficiency of solutions, DAE solvers such as the Direct, CS (Constraint Stabilization), and GCP (Generalized Coordinate Partitioning) method are employed. In this study, the subsystem synthesis method is applied for effective multi-body dynamics analysis of an unmanned military robot, and a comparative study of three different DAE solvers is carried out.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.26
no.12
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pp.1738-1746
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2002
In the FSI (Fluid-Structure Interaction) problems, two different governing equations are to be solved together. One is fur the fluid and the other for the structure. Furthermore, a kinematic constraint should be imposed along the boundary between the fluid and the structure. We use the combined formulation, which incorporates both the fluid and structure equations of motion into a single coupled variational equation so that it is not necessary to calculate the fluid force on the surface of structure explicitly when solving the equations of motion of the structure. A two-dimensional channel flow divided by a Bernoulli-Euler beam is considered and the dynamic response of the beam under the influence of channel flow is studied. The Navier-Stokes equations are solved using a P2P1 Galerkin finite element method with ALE (Arbitrary Lagrangian-Eulerian) algorithm. The internal structural damping effect is not considered in this study and numerical results are compared with a previous work fer steady case. In addition to the Reynolds number, two non-dimensional parameters, which govern this fluid-structure system, are proposed. It is found that the larger the dynamic viscosity and density of the fluid are, the larger the damping of the beam is. Also, the added mass is found to be linearly proportional to the density of the fluid.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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