An optimal design method in cooperated with nonlinear inelastic analysis is presented. The proposed nonlinear inelastic method overcomes the difficulties due to incompatibility between the elastic global analysis and the limit state member design in the conventional LRFD method. The genetic algorithm used is a procedure based on Darwinian notions of survival of the fittest, where selection, crossover, and mutation operators are used to look for high performance ones among sections in the database. They are satisfied with the constraint functions and give the lightest weight to the structure. The objective function taken is the total weight of the steel structure and the constraint functions are load-carrying capacity, serviceability, and ductility requirement. Case studies of a planar portal frame, a space two-story frame, and a three-dimensional steel arch bridge are presented.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2007.04a
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pp.38-42
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2007
In this study, cruise missile configuration is optimal designed by using multidisciplinary analysis. Aerodynamic, weight, performance and mission analysis modules are developed by FORTRAN and integrated with framework. Darwin algorithm, a global optimization tool, is used for optimization. In the result of optimal design, gross weight of designed configuration is reduced about 17% than baseline configuration while satisfying design constraint conditions.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.10a
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pp.145-152
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2003
An optimal design method in cooperated with nonlinear inelastic analysis method is presented. The proposed nonlinear inelastic method overcomes the difficulties due to incompatibility between the elastic global analysis and the limit state member design in the conventional LRFD method. The genetic algorithm uses a procedure based on Darwinian notions of survival of the fittest, where selection, crossover, and mutation operators are used among sections in the database to look for high performance ones. They satisfy the constraint functions and give the lightest weight to the structure. The objective function is set to the total weight of the steel structure and the constraint functions are load-carrying capacities, serviceability, and ductility requirement. Case studies of a three-dimensional frame and a three-dimensional steel arch bridge are presented.
Structural design, in general, is developed through trial and error technique which is guided by standards criteria and based on the intuition and experience of the engineer, a context that leads to structural over-dimensioning, with uneconomic solutions. Aiming to find the optimal design, structural optimization methods have been developed to find a balance between cost, structural safety, and material performance. These methods have become a great opportunity in the steel structural engineering domain since they have as their main purpose is weight minimization, a factor directly correlated to the real cost of the structure. Assuming an objective function of minimum weight with stress and displacement constraints provided by Brazilian standards, the present research proposes the sizing optimization and combined approach of sizing and shape optimization, through a software developed to implement the Simulated Annealing metaheuristic algorithm. Therefore, two steel plane frame layouts, each admitting four typical truss geometries, were proposed in order to expose the difference between the optimal solutions. The assessment of the optimal solutions indicates a notable weight reduction, especially in sizing and shape optimization combination, in which the quantity of design variables is increased along with the search space, improving the efficiency of the optimal solutions achieved.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.31
no.2
s.257
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pp.269-276
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2007
Optimal thickness and shape of the pedal arm of an automotive clutch is determined, using the numerical optimization technique, by solving the size and shape optimization problems to minimize its weight. For the optimization problems, two cases of stress and displacement constraints are considered: one from the vertical, and the other from the transverse stiffness test condition. The result of the transverse case is shown to be more conservative than that from the vertical case, being determined as the final optimum.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.10
no.2
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pp.192-196
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2004
A combined optimal design problem is discussed taking a 3-D truss structure as a design object. We use descriptor forms for a controlled object and a generalized plant because the structural parameters appear naturally in these forms. We consider not only the minimum weight design problem for the structure, but also the suppression problem of the effect of disturbances for the control system as the purpose of the design. A numerical example shows the validity of combined optimal design of the structure and control systems. We also consider the validity of the sensor-actuator collocation for the control system design in this paper.
A structure-control combined optimal design problem is discussed taking a 3-D truss structure as a design object. We use descriptor forms for a controlled object and a generalized plant because the structural parameters appear naturally in these forms. We consider not only minimum weight design problem for structure system, but also suppression problem of the effect of disturbances for control system as the purpose of the design. A numerical example shows the validity of combined optimal design of structure and control systems. We also consider the validity of sensor-actuator collocation for control system design in this paper.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.4
s.175
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pp.894-900
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2000
Optimization of chassis frame is performed according to the minimization of eleven responses representing one total frame weight, three natural frequencies and seven strength limits of chassis frame that are analyzed by using each response surface model from D-optimal design of experiments. After each response surface model is constructed form D-optimal design and random orthogonal array, the main effect and sensitivity analyses are successfully carried out by using this approximated regression model and the optimal solutions are obtained by using a nonlinear programming method. The response surface models and the optimization algorithms are used together to obtain the optimal design of chassis frame. The eleven-polynomial response surface models of the thirteen frame members (design factors) are constructed by using D-optimal Design and the multi-disciplinary design optimization is also performed by applying dual response analysis.
This paper presents an ASF (Aluminum Space Frame) BIW (Body in White) optimal design, which minimizes weight and satisfies multidisciplinary constraints such as static stiffness, vibration characteristics, low-/high-speed crash, and occupant safety. As only one cycle CPU time for all the analyses is 12 hours, the ASF design having 11-design variable is a large scaled problem. In this study, ISCD-II and conservative least square fitting method were used for efficient RSM modeling. Likewise, the ALM method was used to solve the approximate optimization problem. The approximate optimum was sequentially added to remodel the RSM. The proposed optimization method uses only 20 analyses to solve the 11-design variable problem. Moreover, the optimal design can achieve $15.6\%$ weight reduction while satisfying all the multidisciplinary design constraints.
In order to achieve the desired lightweight and robust design of a structure, it is preferable to design a structure and its control system, simultaneously, which is termed the combined optimal design. A constant-cross-sectional area cantilever beam was chosen as the optimum design method, An initial load and a time-varying disturbance were applied at the free end of the beam. Sliding mode control was selected, due to its insensitivity to the disturbance, compared with other modes. It is known that the sliding mode control is robust to the disturbance and is uncertain, only if a matching condition is met, after giving a switching hyper plane. In this study, the optimum method was used for the design of the switching hyper plane, and the objective function of the optimum switching hyper plane was assumed to be the objective of the control system. The total weight of the structure was treated as a constraint, and the cross sectional areas of the beam were considered as design variables, the result being a nonlinear programming problem. To solve it, the sequential linear programming method was applied. As a result of the optimum design, the effect of attenuating vibrations has been substantially improved. Moreover, the lightweight design of the structure became possible as a result of the relationship of the weight of the structure to the control objective function.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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