Photovoltaic (PV) panels are used in high-rise buildings to convert solar energy to electricity. Due to the considerable energy consumption of high-rise buildings, applying PV technology is of great significance to energy saving. In the application of PV panels, one of the most important construction issues is the connection of the PV panel with the main structures. One major difficulty of the connection design is that the PV panel connection consists of two separate components with coupling and indeterminate dimension. In this paper, the gap element is employed in these two separated but coupled components, i.e., hook and catch. Topology optimization is applied to optimize and design the cross-section of the PV panel connection. Pareto optimization is conducted to operate the optimization subject to multiple load scenarios. The initial design for the topology optimization is determined by the common design specified by the Technical Code for Glass Curtain Wall Engineering (JGJ 102-2003). Gravity and wind load scenarios are considered for the optimization and numerical analysis. Post analysis is conducted for the optimal design obtained by the topology optimization due to the manufactory requirements. Generally, compared with the conventional design, the optimized connector reduces material use with improved structural characteristics.
Kim, Yong-Jin;Lee, Joong-Seok;Kang, Yeon-June;Kim, Yoon-Young
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2008.11a
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pp.728-733
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2008
Though multi-panel structures lined with a poroelastic material have been widely used to reduce sound transmission in various fields, most of the previous works to design them were conducted by repeated analyses or experiments based on initially given configurations or sequences. Therefore, it was difficult to obtain the optimal sequence of multi-panel structures lined with a poroelastic material yielding superior sound isolation capability. In this work, we propose a new design method to sequence a multi-panel structure lined with a poroelastic material having maximized sound transmission loss. Being formulated as a one-dimensional topology optimization problem for a given target frequency, the optimal sequencing of panel-poroelastic layers is systematically carried out in an iterative manner. In this method, a panel layer is expressed as a limiting case of a poroelastic layer to facilitate the optimization process. This means that main material properties of a poroelastic material are treated as Interpolated functions of design variables. The designed sequences of panel-poroelastic layers were shown to be significantly affected by the target frequencies; more panel layers were used at higher target frequencies. The sound transmission loss of the system was calculated by the transfer matrix derived from Biot's theory.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2000.10a
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pp.253-258
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2000
Recently, the area of design optimization, especially structural optimization, has been and to be a continuous active area of research. And the design optimizations of port facilities have been achieved by many other civil engineers. But the design optimization of port facilities were limited to the design optimization of the breasting dolphin. This paper invested the design optimization of mooring pier and the foundations of mooring pier was suggested considering the convenience of repair and reinforcement work. The mooring pier devised with prestressed precast concrete panel and rigid frame welded wide flange beam to steel pipe pile. To accomplish the design optimization of mooring pier, the Augmented Lagrangian Multiplier Method(ALM) of ADS(Garret N. Vanderplaats) optimization routine, BFGS method as optimizer and Golden Section Method as one dimensional search were utilized. As a result, thirty percent of material cost for construction was reduced by design optimization. The tensile stress of concrete panel and bottom flage was critical constraints under service load. So, using high strength concrete and steel will be economical. And lots of initial values must be invested to accomplish the design optimization in design procedures.
Kim, Yong-Jin;Lee, Joong-Seok;Kang, Yeon-June;Kim, Yoon-Young
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.18
no.12
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pp.1262-1269
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2008
Though multilayered foam-panel structures have been widely used to reduce sound transmission in various fields, most of the previous works to design them were conducted by repeated analyses or experiments based on initially given configurations or sequences. Therefore, it was difficult to obtain an optimal sequence of multilayered foam-panel structure yielding superior sound isolation capability. In this work, we propose a new design method to sequence a multi-panel structure lined with a poroelastic material having maximized sound transmission loss. Being formulated as a one-dimensional topology optimization problem fur a given target frequency, the optimal sequencing of panel-poroelastic layers is systematically carried out in an iterative manner. In this method, a panel layer is expressed as a limiting case of a poroelastic layer to facilitate the optimization process. This means that main material properties of a poroelastic material are treated as interpolated functions of design variable. The designed sequences of panel-poroelastic multilayer were shown to be significantly affected by the target frequencies; more panels were obtained at higher target frequency. The sound transmission loss of the system was calculated by the transfer matrix derived from Biot's theory.
Sunny, Mohammed R.;Mulani, Sameer B.;Sanyal, Subrata;Kapania, Rakesh K.
Advances in Computational Design
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v.1
no.3
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pp.235-251
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2016
We have performed a design optimization of a stiffened panel with curvilinear stiffeners using an artificial neural network (ANN) residual kriging based surrogate modeling approach. The ANN residual kriging based surrogate modeling involves two steps. In the first step, we approximate the objective function using ANN. In the next step we use kriging to model the residue. We optimize the panel in an iterative way. Each iteration involves two steps-shape optimization and size optimization. For both shape and size optimization, we use ANN residual kriging based surrogate model. At each optimization step, we do an initial sampling and fit an ANN residual kriging model for the objective function. Then we keep updating this surrogate model using an adaptive sampling algorithm until the minimum value of the objective function converges. The comparison of the design obtained using our optimization scheme with that obtained using a traditional genetic algorithm (GA) based optimization scheme shows satisfactory agreement. However, with this surrogate model based approach we reach optimum design with less computation effort as compared to the GA based approach which does not use any surrogate model.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.19
no.5
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pp.482-490
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2009
In this paper, the author proposes a new method for acoustic radiation optimum design to minimize noise from a vibrating panel-like structure using a collaborative population-based search method called the particle swarm optimization algorithm(PSOA). The PSOA is a parallel evolutionary computation technique initially developed by Kennedy and Eberhart. The acoustic radiation optimization method based on the PSOA consists of two processes. In the first process, the acoustic radiation analysis by an integrated p-version FEM/BEM, which was developed by using MATLAB, is performed to evaluate the exterior acoustic radiation field of the panel. The second process is to search the optimum design variables: 1) Shape of Bezier curves and 2) Shape and position of ribs, to minimize noise from the panel using the PSOA. The optimization method based on the PSOA is compared to that based on the steady state genetic algorithm(SSGA) in order to verify the effectiveness and validity of the optimal solution by PSOA. Finally, it is shown that the optimal designs of the panel obtained by using the PSOA can achieve effective reductions in radiated sound power.
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.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2014.10a
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pp.116-118
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2014
A shape optimization problem is formulated to optimally design aluminum sandwich panel, which is used for high speed railway vehicle. An aluminum volume used in the panel is selected as a design objective with constraints on the stiffness and the transmission loss value. The formulated shape optimization problem is solved for a well -selected initial shape. The stiffness and transmission loss value of the obtained optimal shape are compared with those of the previously-reported panel.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.23
no.6
s.183
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pp.136-142
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2006
Optimization of the aircraft panel assembly constructed by skin and stringers is investigated. For the design of panel assembly of the aircraft structure, it is necessary to determine the best shape of the stringer which accomplishes lowest weight under the condition of no instability. A panel assembly can fail in a variety of instability modes under compression. Overall modes of flexure or torsion can occur and these can interact in a combined flexural/torsion mode. Flexure and torsion can occur symmetrically or anti-symmetrically. Local instabilities can also occur. The local instabilities considered in this paper are buckling of the free and attached flanges, the stiffener web and the inter-rivet buckling. A program is developed to find out critical load for each instability mode at the specific stringer shape. Based on the developed program, optimization is performed to find optimum stringer shape. The developed instability analysis program is not adequate for sensitivity analysis, therefore RSM (Response Surface Method) is utilized instead to model weight and instability constraints. Since the problem has many local minimum, Genetic algorithm is utilized to find global optimum.
Korean Journal of Construction Engineering and Management
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v.15
no.4
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pp.95-106
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2014
The outer surfaces of free form buildings contain panels with two-directional curvatures. To construct these panels, complex geometric surfaces should be divided into forms and sizes that can be manufactured and constructed efficiently. Because the bigger the curvatures of these panel, the more expensive the construction costs, these complex curvatures should go through optimal process of reinterpretation to minimize the curved surfaces with complex two-directional curvatures, which is called panel optimization. Small construction and design companies have trouble in calculating even rough estimate and cannot adjust expected construction cost of the panels based on comparison of design alternatives in conjunction with panel optimization process due to lack of knowledge and experience. This study conducts the research that can support designers' cost decision-making in the design stage of the free form buildings with respect to the panel optimization process. A 3D commercial application specialized to modeling free form shapes is used for the purpose.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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