일반적으로 LPG 운반선의 화물창은 국제해사기구(IMO)에서 정의한 독립형 탱크 Type A에 해당하며, 탱크의 외부는 폴리우레탄 폼으로 단열하고, 탱크는 영하 50도에서도 견딜 수 있는 값비싼 저온 강으로 제작된다. 따라서, 화물창 재료의 절감은 많은 비용의 절감으로 직결된다. 화물창은 외판, 격벽, 보강재, 웨브 프레임 및 스트링거로 구성된다. 그 중에서 외판, 격벽과 보강재는 구조해석 없이 선급 규정에 의해 설계될 수 있어 용이하게 최적 설계를 통해 설계된다. 하지만, 웨브 프레임과 스트링거는 구조해석을 통해 설계하고 선급승인을 받아야 하므로, 수없이 많은 구조해석을 포함하는 최적 설계는 사실상 수행하지 못하고, 수 십 번의 구조해석을 통해 설계치수를 결정하는 적정설계만을 수행하는 실정이다. 본 연구에서는 유한요소해석을 위해 2번 화물창을 대표 화물창으로 선정하여 8개의 하중조건을 적용하였고, 각 하중조건에 대한 선박 전체의 변형을 고려하였다. 또한, 탐색시간이 효과적인 미분 기반 최적화 기법을 통해 82,000 ㎥ LNG 운반선의 웨브 프레임을 대상으로 최소중량설계를 수행하였다. 본 연구를 통해 총 48개의 설계변수 치수를 결정하였고, 척 당 약 108 톤의 강재를 절감하였다.
근년에 들어 미국 의회와 국제 해사 기구에서 해양 오염 방지를 위해 기존의 MARPOL73/78 규정을 대폭 강화함에 따라 이중 선각 유조선이나 중간 갑판 유조선 등 새로운 선형의 개발이 필요하게 되었다. 지금까지 대부분의 연구가 선박의 충돌 사고시 유출되는 기름량에 관심이 있었지만 본 연구에서는 이들 선형간의 구조적인 특성을 비교하여 보다 효율적인 선형을 제시하기 위해 이중 선각 유조선과 중간 갑판 유조선의 구조 설계를 수행할 수 있는 프로그램을 개발하였다. 개발한 프로그램을 이용하여 화물창 배치를 고려한 이중 선각 유조선과 중간 갑판 유조선의 최적 구조 설계를 수행하여 설계 치수 및 선각 중량을 상호 비교하였으며, 최소 중량을 주는 효율적인 선형을 제시하였다.
An optimal design method for a spoke double-layer cable-net structure (SDLC) is proposed in this study. Simplified calculation models of the SDLC are put forward to reveal the static responses under vertical loads and wind loads. Next, based on an energy principle, the relationship among the initial prestress level, cross-sectional areas of the components, rise height, sag height, overall displacement, and relative deformation is proposed. Moreover, a calculation model of the Foshan Center SDLC is built and optimized. Given the limited loading cases, material properties of the components, and variation ranges of the rise height and sag height, the self-weight and initial prestress level of the entire structure can be obtained. Because the self-weight of the cables decreases with increasing of the rise height and sag height, while the self-weight of the inner strut increases, the total weight of the entire structure successively exhibits a sharp reduction, a gradual decrease, a slow increase, and a sharp increase during the optimization process. For the simplified model, the optimal design corresponds to the combination of rise height and sag height that results in an appropriate prestress level of the entire structure with the minimum total weight.
Metallic sandwich plates with inner dimpled shell subject to 3-point bending have been analyzed and then optimized for minimum weight. Inner dimpled shells can be easily fabricated by press or roll with high precision and bonded with same material skin sheets by resistance welding or adhesive bonding. Metallic sandwich plates with inner dimpled shell structure can be optimally designed for minimum weight subject to prescribed combination of bending and transverse shear loads. Fundamental findings for lightweight design are presented through constrained optimization. Failure responses of sandwich plates are predicted and formulated with an assumption of narrow sandwich beam theory. Failure is attributed to four kinds of mechanisms: face yielding, face buckling, dimple buckling and dimple collapse. Optimized shape of inner dimpled shell structure is a hemispherical shell to minimize weight without failure. It is demonstrated that bending stiffness of sandwich plate is 2 or 3 times larger than solid plates with the same strength. Failure mode boundaries and iso-strength lines dependent upon the geometry and yield strain of the material are plotted with respect to geometric parameters on the failure map. Because optimal parameters of maximum strength for given material weight can be selected from the map, analytic solutions for maximum strength are expressed as a function of only material property and proposed strength. These optimal parameters match well with numerical optimal parameters.
Most optimization problems do not consider tolerance of design variables and design parameters. Ignorance of these tolerances may not fit for the practical problems and can lead to an unexpected conclusion. That is why we suggest robust optimization considering tolerances in both design variables and problem parameters. Using robust optimization, we designed minimum weight annular finned heat transfer tube subject to constraints on limitation of pressure difference and minimum value of total heat transfer. Consequently, robust optimization satisfies tolerance considered practical problems.
The main objective of this paper is to propose the optimal design method of welded plate girder bridges using genetic algorithm. The objective function considered is the total weight of the welded plate girder. The behavior and design constraints are formulated based on the Korean Railroad Bridge Design Code and DIC Code. Continuous design variables are used to define the cross-sectional dimensions of the member. The GAs (genetic algorithm) is used to solve the nonlinear programming problem. Several examples of minimum weight design are solved to illustrate the applicability of the proposed minimization algorithm. From the results of application examples, the optimum design of welded plate girder is successfully accomplished. Therefore, the proposed algorithm in this paper may be used efficiently and generally for the optimum design of welded plate girders.
길이가 긴 원통형 실린더를 구성하는 데에 사용될 조인트 부재에 대한 공차설계를 수행하였다. 즉, 원통형 실린더를 체결할 때 사용되는 조인트 부품 가운데 스터드 볼트를 최소 민감도해석에 의해 공차설계를 하였다. 조인트 부재의 공차설계를 위한 최소 민감도 해석에 의한 정식화는 목적함수가 폰 마이세스 응력의 공차에 대한 민감도이고, 여러 부등호 제약식 중에서 자중이 부등호 제안식에 포함된다. 조인트 부재의 경우 자중에 대한 타당한 부등호 제안식을 설정하기 위하여 우선 확정적인 경우에 대한 최적설계를 수행하여 그 범위값을 선정하였다. 원통형 부재의 구조 응답은 축대칭 유한요소로서 구조해석을 수행하여 제안식을 설정하였으며, 직접미분에 의해서 설계 민감도를 구하여 ,최적화 알고리즘과 결합하여 최적의 공차를 제시하였다.
Two phase simulated annealing algorithm is presented as a structural optimization technique and applied to minimum weight design of space trusses subjected to stress and displacement constraints under multiple loading conditions. Univariate searching algorithm is adopted for automatic selection of initial values of design variables for SA algorithm. The proper values of cooling factors and reasonable stopping criteria for optimum design of space truss structures are proposed to enhance the performance of optimization process. Optimum weights and design solutions are presented for two well-blown example structures and compared with those reported in the literature.
In this paper, the Colliding Bodies Optimization (CBO), Enhanced Colliding Bodies Optimization (ECBO) and Vibrating Particles System (VPS) algorithms and the force method are used for the simultaneous analysis and design of truss structures. The presented technique is applied to the design and analysis of some planer and spatial trusses. An efficient method is introduced using the CBO, ECBO and VPS to design trusses having members of prescribed stress ratios. Finally, the minimum weight design of truss structures is formulated using the CBO, ECBO and VPS algorithms and applied to some benchmark problems from literature. These problems have been designed by using displacement method as analyzer, and here these are solved for the first time using the force method. The accuracy and efficiency of the presented method is examined by comparing the resulting design parameters and structural weight with those of other existing methods.
This study aims to develop efficient composite laminates for buckling load enhancement, interlaminar shear stress minimization, and weight reduction. This goal is achieved through cover-skin lay-ups around skins and stiffeners, which amplify bending stiffness and defer delamination by means of effective stress distribution. The design problem is formulated as multi-objective optimization that maximizes buckling load capability while minimizing both maximum out-of-plane shear stress and panel weight. For efficient optimization, response surface methodology is employed for buckling load, two out-of-plane shear stresses, and panel weight with respect to one ply thickness, six fiber orientations of a skin, and four stiffener heights. Numerical results show that skin-covered composite stiffened panels can be devised for maximum buckling load and minimum interlaminar shear stresses under compressive load. In addition, the effects of different material properties are investigated and compared. The obtained results reveal that the composite stiffened panel with Kevlar material is the most effective design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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