A simple nonlinear programming(NLP) formulation for the optimal topology problem of structures is developed and examined. The NLP formulation is general, and can handle arbitrary objective functions and arbitrary stress, displacement constraints under multiple loading conditions. The formulation is based on simultaneous analysis and design approach to avoid stiffness matrix singularity resulting from zero sizing variables. By embedding the equilibrium equations as equality constraints in the nonlinear programming problem, we avoid constructing and factoring a system stiffness matrix, and hence avoid its singularity. The examples demonstrate that the formulation is effective for finding an optimal solution, and shown to be robust under a variety of constraints.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.20
no.9
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pp.2800-2811
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1996
The deformation of a structure shall be called homologous, if a given geometrical relation holds, for a given number of structural points, before, during, and after the deformation. Some researchers have utilized the idea on structural design with finite element method. The approaches use the decomposition of the FEM equation or equality of eqality equations to obtain homologous deformation. However, weight reduction and response constraints such as stress, displacement or natural frequency cannot be considered by those theories. An optimization method solving the above problems is suggested to gain homologous deformation. Homology constraints can be considered under multiple loadindg conditions as well as a single loading condition. Homology index is defined for the multiple loading conditions Examples are solved to present the performances of the method.
When multiple robotics systems with several sub-chains grasp a common object, the inherent force redundancy provides a chance of utilizing internal loading. Analysis of grasping space based internal loading is proposed in this work since this method facilitates understanding the physical meaning of internal loadings in some applications, as compared to usual operational space based approach. Investigation of the internal loading for a triple manipulator has been few as ,compared to a dual manipulator. In this paper, types of the internal loading for dual and triple manipulator systems are investigated by using the reduced row echelon method to analyze the null space of those systems. No internal loading condition is derived and several load distribution schemes are compared through simulation. Furthermore, it is shown that the proposed scheme based on grasping space is applicable to analysis of special cases such as three-fingered and three-legged robots having a point contact with the grasped object or ground.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.10
s.181
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pp.2568-2580
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2000
This paper presents a quasi-static optimization technique for elastic structures under dynamic loads. An equivalent static load (ESL) set is defined as a static load set which generates the same displacement field as that from a dynamic load at a certain time. Multiple ESL sets calculated at every time step are employed to represent the various states of the structure under the dynamic load. They can cover every critical state that might happen at an arbitrary time. Continuous characteristics of dynamic load are simulated by multiple discontinuous ones of static loads. The calculated sets of ESLs are applied as a multiple loading condition in the optimization process. A design cycle is defined as a circulated process between an analysis domain and a design domain. Design cycles are repeated until a design converges. The analysis domain gives a loading condition necessary for the design domain. The design domain gives a new updated design to be verified by the analysis domain in the next design cycle. This iterative process is quite similar to that of the multidisciplinary optimization technique. Even though the global convergence cannot be guaranteed, the proposed technique makes it possible to optimize the structures under dynamic loads. It has also applicability, flexibility, and reliability.
Lei, Jun;Lozano-Galant, Jose Antonio;Xu, Dong;Zhang, Feng-Liang;Turmo, Jose
Smart Structures and Systems
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v.30
no.4
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pp.339-351
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2022
Evaluating the current condition of existing structures is of primary importance for economic and safety reasons. This can be addressed by Structural System Identification (SSI). A reliable static SSI depends on well-designed sensor configuration and loading cases, as well as efficient parameter estimation algorithms. Static SSI by the Measurement Error-Minimizing Observability Method (MEMOM) is a model-based deterministic static SSI method that could estimate structural parameters from static responses. In the current state of the art, this method is only applicable when structures are subjected to one loading case. This might lead to lack of information in some local regions of the structure (such as the null curvatures zones). To address this issue, the SSI by MEMOM using multiple loading cases is proposed in this work. Observability equations obtained from different loading cases are concatenated simultaneously and an optimization procedure is introduced to obtain the estimations by minimizing the discrepancy between the predicted response and the measured one. In addition, a Genetic-Algorithm (GA)-based Optimal Sensor Placement (OSP) method is proposed to tackle the OSP problem under multiple static loading cases for the very first time. In this approach, the Fisher Information Matrix (FIM)'s determinant is used as the metric of the goodness of sensor configurations. The numerical examples of a 3-span continuous bridge and a 13-story frame, are analyzed to validate the applicability of the extended SSI by MEMOM and the GA-based OSP method.
This paper provides a numerical solution for multiple confocal elliptic dissimilar cylinders. In the problem, the inner elliptic notch is under the traction free condition. The medium is composed of many confocal elliptic dissimilar cylinders. The transfer matrix method is used to study the continuity condition for the stress and displacement along the interfaces. Two cases, or the infinite matrix case and the finite matrix case, are studied in this paper. In the former case, the remote tension is applied in y- direction. In the latter case, the normal loading is applied along the exterior elliptic contour. For two cases, several numerical results are provided.
The bogie, when run on the twist track develops the wheel off-loading factor. This will be comfirmed by testing under different loading conditions and air springs inflated and deflated in all conditions. Under the most extreme twist track condition, EMU (Electrical Multiple Unit) shall not over the wheel off-loading requirement 60% defined on UIC / ORE report. This paper describes the wheel off-loading test procedure according to UIC / ORE and test result of DMRC EMU of INDIA carried out to find out to meet the requirement defined in UIC / ORE.
Steel anchor bolts are installed in concrete using a variety of methods. One of the most common methods of anchor bolt installation is using epoxy resin as an infill material injected into the drilled hole to act as a bonding material between the steel bolt and the surrounding concrete. Typical design standards assume uniform stress distribution along the length of the anchor bolt accompanied with single crack leading to pull-out failure. Experimental evidence has shown that the steel anchor bolts fail owing to the multiple failure patterns, hence these design assumptions are not realistic. In this regard, the presented research work details the analytical model that takes into consideration multiple micro cracks in the infill material induced via impact loading. The impact loading from the Schmidt hammer is used to evaluate the bond condition bond condition of anchor bolt and the epoxy material. The added advantage of the presented analytical model is that it is able to take into account the various type of end conditions of the anchor bolts such as bent or U-shaped anchors. Through sensitivity analysis the optimum stiffness and shear strength properties of the epoxy infill material is achieved, which have shown to achieve lower displacement coupled with reduced damage to the surrounding concrete. The accuracy of the presented model is confirmed by comparing the simulated deformational responses with the experimental evidence. From the comparison it was found that the model was successful in simulating the experimental results. The proposed model can be adopted by professionals interested in predicting and controlling the deformational response of anchor bolts.
Lydon, Darragh;Taylor, S.E.;Lydon, Myra;Martinez del Rincon, Jesus;Hester, David
Smart Structures and Systems
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v.24
no.6
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pp.723-732
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2019
Globally road transport networks are subjected to continuous levels of stress from increasing loading and environmental effects. As the most popular mean of transport in the UK the condition of this civil infrastructure is a key indicator of economic growth and productivity. Structural Health Monitoring (SHM) systems can provide a valuable insight to the true condition of our aging infrastructure. In particular, monitoring of the displacement of a bridge structure under live loading can provide an accurate descriptor of bridge condition. In the past B-WIM systems have been used to collect traffic data and hence provide an indicator of bridge condition, however the use of such systems can be restricted by bridge type, assess issues and cost limitations. This research provides a non-contact low cost AI based solution for vehicle classification and associated bridge displacement using computer vision methods. Convolutional neural networks (CNNs) have been adapted to develop the QUBYOLO vehicle classification method from recorded traffic images. This vehicle classification was then accurately related to the corresponding bridge response obtained under live loading using non-contact methods. The successful identification of multiple vehicle types during field testing has shown that QUBYOLO is suitable for the fine-grained vehicle classification required to identify applied load to a bridge structure. The process of displacement analysis and vehicle classification for the purposes of load identification which was used in this research adds to the body of knowledge on the monitoring of existing bridge structures, particularly long span bridges, and establishes the significant potential of computer vision and Deep Learning to provide dependable results on the real response of our infrastructure to existing and potential increased loading.
Huang, Xiaogang;Zhou, Zhen;Zhu, Yazhi;Zhu, Dongping;Lu, Lu
International journal of steel structures
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v.18
no.5
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pp.1784-1800
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2018
Tension-shear loading is a common loading condition in steel structures during the earthquake shaking. To study ductile fracture in structural steel under multiple stress states, experimental investigations on the different fracture mechanisms in Chinese Q235 steel were conducted. Different tension-shear loading conditions achieved by using six groups of inclined notch butterfly configurations covering pure shear, tension-shear and pure tension cases. Numerical simulations were carried out for all the specimens to determine the stress and strain fields within the critical sections. Two tension-shear fracture models were calibrated based on the hybrid experimental-numerical procedure. The equivalent fracture strain obtained from the round bar under tensile loading was used for evaluating these two models. The results indicated that the tension-shear criterion as a function of the shear fracture parameter had better performance in predicting the fracture initiation of structural steel under different loading conditions.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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