Spherical reticulated shells are widely applied in structural engineering due to their good bearing capability and attractive appearance. Parametric modeling of spherical reticulated shells is the basis of internal analysis and optimization design. In the present study, generation methods of nodes and the corresponding connection methods of rod elements are proposed. Modeling programs are compiled by adopting the ANSYS Parametric Design Language (APDL). A shape optimization method based on the two-stage algorithm is presented, and the corresponding optimization program is compiled in FORTRAN environment. Shape optimization is carried out based on the objective function of the minimum total steel consumption and the restriction condition of strength, stiffness, slenderness ratio, stability. The shape optimization of four typical Schwedler spherical reticulated shells is calculated with the span of 30 m~80 m and rise to span ratio of 1/7~1/2. Compared with the shape optimization results, the variation rules of total steel consumption along with the span and rise to span ratio are discussed. The results show that: (1) The left and right rod-Schwedler spherical reticulated shell is the most optimized and should be preferentially adopted in structural engineering. (2) The left diagonal rod-Schwedler spherical reticulated shell is second only to left and right rod regarding the mechanical behavior and optimized results. It can be applied to medium and small-span structures. (3) Double slash rod-Schwedler spherical reticulated shell is advantageous in mechanical behavior but with the largest total weight. Thus, this type can be used in large-span structures as far as possible. (4) The mechanical performance of no latitudinal rod-Schwedler spherical reticulated shell is the worst and with the second largest weight. Thus, this spherical reticulated shell should not be adopted generally in engineering.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.13
no.1
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pp.734-745
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2021
In order to achieve a good and competitive FPSO design, the building cost and the motion performances are the two most critical and conflicting KPIs to be considered. In this study, the author's previous work (Lee, et al., 2021) on the optimization of an FPSO's hull dimensions with 1800 MBBLs storage capacity at Brazil field was extended using a multi-objective parametric optimization with the hull steel weight and the operability which are closely related to the building cost and the operational cost during the lifetime, respectively. For the purpose of more realistic and practical FPSO design, the constraints related to crew comfort and the safe helicopter take-off and landing operation were newly added. Also, the green water on deck was calculated accurately to check the suitability of the designed freeboard height using a newly developed real-time calculation module for the relative wave elevations. With aids of this updated optimization formulation, we presented multiple optimal FPSO dimensions expressed as a Pareto set which aids FPSO designers to conveniently select the practical and competitive dimensions. The excellence of the developed approach was verified by comparing the optimization results with those of FPSOs dimensioned for operation at West Africa and Brazil field.
Five extended cylindrical reticulated shells are proposed by changing distribution rule of diagonal rods based on three fundamental types. Modeling programs for fundamental types and extended types of cylindrical reticulated shell are compiled by using the ANSYS Parametric Design Language (APDL). On this basis, conditional formulas are derived when the grid shape of cylindrical reticulated shells is equilateral triangle. Internal force analysis of cylindrical reticulated shells is carried out. The variation and distribution regularities of maximum displacement and stress are studied. A shape optimization program is proposed by adopting the sequence two-stage algorithm (RDQA) in FORTRAN environment based on the characteristics of cylindrical reticulated shells and the ideas of discrete variable optimization design. Shape optimization is achieved by considering the objective function of the minimum total steel consumption, global and locality constraints. The shape optimization for three fundamental types and five extended types is calculated with the span of 30 m~80 m and rise-span ratio of 1/7~1/3. The variations of the total steel consumption along with the span and rise-span ratio are analyzed with contrast to the results of shape optimization. The optimal combination of main design parameters for five extended cylindrical reticulated shells is investigated. The total steel consumption affected by distribution rule of diagonal rods is discussed. The results show that: (1) Parametric modeling method is simple, efficient and practical, which can quickly generate different types of cylindrical reticulated shells. (2) The mechanical properties of five extended cylindrical reticulated shells are better than their fundamental types. (3) The total steel consumption of cylindrical reticulated shells is optimized to be the least when rise-span ratio is 1/6. (4) The extended type of three-way grid cylindrical reticulated shell should be preferentially adopted in practical engineering. (5) The grid shape of reticulated shells should be designed to equilateral triangle as much as possible because of its reasonable stress and the lowest total steel consumption.
This paper introduces the process for Multi-objective Optimization Framework (MOF) which mediates multiple conflicting design targets. Even though the extensive researches have shown the benefits of optimization in engineering and design disciplines, most optimizations have been limited to the performance-related targets or the single-objective optimization which seek optimum solution within one design parameter. In design practice, however, designers should consider the multiple parameters whose resultant purposes are conflicting. The MOF is a BIM-integrated and simulation-based parametric workflow capable of optimizing the configuration of building components by using performance and non-performance driven measure to satisfy requirements including build programs, climate-based daylighting, occupant's experience, construction cost and etc. The MOF will generate, evaluate all different possible configurations within the predefined each parameter, present the most optimized set of solution, and then feed BIM environment to minimize data loss across software platform. This paper illustrates how Multi-objective optimization methodology can be utilized in design practice by integrating advanced simulation, optimization algorithm and BIM.
A response surface method(RSM) is utilized for structural optimization and implemented on a parametric CAD platform. Once an approximation of the performance function is made, no formal design sensitivity analysis is necessary. The approximation gives the designer the sensitivity information and furthermore intuition on the performance functions. The scheme for the design of experiment chosen for the RSM has a large influence on the accuracy of converged solutions and the amount of computation. The D-optimal design criterion as implemented in this paper is found efficient for the structural optimization. The program is developed on a parametric CAD platform and tested using several shape design problems of such as a torque arm and a belt clip. It is observed that the RSM used provides a faster convergence than other approximation methods for design sensitivity.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.45
no.6
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pp.590-600
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2008
This paper concerns the development of a designer friendly hull form parameterization and its coupling with advanced global optimization algorithms. As optimization algorithms, we choose the Partial Swarm Optimization(PSO) recently introduced to solve global optimization problems. Most general-purpose optimization softwares used in industrial applications use gradient-based algorithms, mainly due to their convergence properties and computational efficiency when a relatively few number of variables are considered. However, local optimizers have difficulties with local minima and non-connected feasible regions. Because of the increase of computer power and of the development of efficient Global Optimization (GO) methods, in recent years nongradient-based algorithms have attracted much attention. Furthermore, GO methods provide several advantages over local approaches. In the paper, the derivative-based SQP and the GO approach PSO are compared with their relative performances in solving some typical ship design optimization problem focusing on their effectiveness and efficiency.
The present study is performed to find the effect of corner recession on a square plan-shaped tall building. A series of numerical simulations have been carried out to find the two orthogonal wind force coefficients on various model configurations using Computational Fluid Dynamics (CFD). Numerical analyses are performed by using ANSYS-CFX (k-ℇ turbulence model) considering the length scale of 1:300. The study is performed for 0° to 360° wind angle of attack. The CFD data thus generated is utilised to fit parametric equations to predict alongwind and crosswind force coefficients, Cfx and Cfy. The precision of the parametric equations is validated by employing a wind tunnel study for the 40% corner recession model, and an excellent match is observed. Upon satisfactory validation, the parametric equations are further used to carry out multiobjective optimization considering two orthogonal force coefficients. Pareto optimal design results are presented to propose suitable percentages of corner recession for the study building. The optimization is based on reducing the alongwind and crosswind forces simultaneously to enhance the aerodynamic performance of the building.
Apartment building site planning is one of time consuming and labor-intensive tasks in architectural design field, due to its complexity in zoning regulations, building codes, local restrictions, and site-specific conditions. In other words, the process can be seen as a very complicated mathematical function with layers of variables and parameters, which ironically can be automated using computational methods on parametric tools. In this paper, a practical method of automating site planning of an apartment complex has been proposed by utilizing parametric approaches in Rhino 3D and Grasshopper. Two primary parameters, building heights and positions, determine the efficacy of building layouts under all regulatory standards, thus testing out numerous combinations of the two will produce some successful layout alternatives. For this, equation solver has been used for iterating the parametric model to sort out meaningful results among others. It also has been proven that the proposed process significantly reduced the time in site planning down to less than an hour on most cases, and many successful alternatives could be obtained by using multiple computers. Post evaluation processes such as day light and view shed analysis helped sort out the best performing ones out of functioning alternatives.
Kim, Young-Sang;Lee, Na-Ri;Joh, Chang-Yeol;Park, Chan-Woo
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.36
no.3
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pp.229-237
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2008
In this research, a MDO(multi-disciplinary design optimization) framework, which integrates aerodynamic and structural analysis to design an aircraft wing, is constructed. Whole optimization process is automated by a parametric-modeling approach. A CFD mesh is generated automatically from parametric modeling of CATIA and Gridgen followed by automatic flow analysis using Fluent. Finite element mesh is generated automatically by parametric method of MSC.Patran PCL. Aerodynamic load is transferred to Finite element model by the volume spline method. RSM(Response Surface Method) is applied for optimization, which helps to achieve global optimum. As the design problem to test the current MDO framework, a wing weight minimization with constraints of lift-drag ratio and deflection of the wing is selected. Aspect ratio, taper ratio and sweepback angle are defined as design variables. The optimization result demonstrates the successful construction of the MDO framework.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.1
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pp.100-114
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2015
This paper deploys optimization techniques to obtain the optimum hull form of KSUEZMAX at the conditions of full-load draft and design speed. The processes have been carried out using a RaPID-HOP program. The bow and the stern hull-forms are optimized separately without altering neither, and the resulting versions of the two are then combined. Objective functions are the minimum values of wave-making and viscous pressure resistance coefficients for the bow and stern. Parametric modification functions for the bow hull-form variation are SAC shape, section shape (U-V type, DLWL type), bulb shape (bulb height and size); and those for the stern are SAC and section shape (U-V type, DLWL type). WAVIS version 1.3 code is used for the potential and the viscous-flow solver. Prior to the optimization, a parametric study has been conducted to observe the effects of design parameters on the objective functions. SQP has been applied for the optimization algorithm. The model tests have been conducted at a towing tank to evaluate the resistance performance of the optimized hull-form. It has been noted that the optimized hull-form brings 2.4% and 6.8% reduction in total and residual resistance coefficients compared to those of the original hull-form. The propulsive efficiency increases by 2.0% and the delivered power is reduced 3.7%, whereas the propeller rotating speed increases slightly by 0.41 rpm.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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