Structural design is usually an optimization process. Numerous parameters such as the member shapes and sizes, the elasticity modulus of material, the locations of nodes and the support constraints can be selected as design variables. These variables are progressively revised in order to obtain a satisfactory structure. Each modification requires a fresh analysis for the displacements and stresses, and reanalysis can be employed to reduce the computational cost. This paper is focused on static reanalysis problem with modification of deleting some supports. An efficient reanalysis method is proposed. The method makes full use of the initial information and preserves the ease of implementation. Numerical examples show that the calculated results of the proposed method are the identical as those of the direct analysis, while the computational time is remarkably reduced.
This paper is concerned with shape optimization problems by the boundary element method (BEM) emphasizing the use of a reduced basis reanalysis technique proposed recently by the author. Problems of this class are conventionally carried out iteratively through an optimizer; a sequential quadratic programming-based optimizer is used in this study. The iterative process produces a succession of intermediate designs. Repeated analyses for the systems associated with these intermediate designs using an exact approach such as the LU decomposition method are time consuming if the order of the systems is large. The newly developed reanalysis technique devised for boundary element systems is utilized to enhance the computational efficiency in the repeated system solvings. Presented numerical examples on optimal shape design problems in electric potential distribution and elasticity show that the new reanalysis technique is capable of speeding up the design process without sacrificing the accuracy of the optimal solutions.
An efficient method for reanalysis of a damaged structures is presented. Perturbation analysis for the equality constrained least squares problem is adapted to handle structural reanalysis, and related theoretical and numerical results are presented.
In this paper, a new efficient method for structural modal reanalysis is proposed, which can handle large finite element (FE) models requiring frequent design modifications. The global FE model is divided into a residual part not to be modified and a target part to be modified. Then, an automated matrix permutation and substructuring algorithm is applied to these parts independently. The reduced model for the residual part is calculated and saved in the initial analysis, and the target part is reduced repeatedly, whenever design modifications occur. Then, the reduced model for the target part is assembled with that of the residual part already saved; thus, the final reduced model corresponding to the new design is obtained easily and rapidly. Here, the formulation of the proposed method is derived in detail, and its computational efficiency and reanalysis ability are demonstrated through several engineering problems, including a topological modification.
In this study, extreme wind speeds in the Western North Pacific (WNP) were estimated using reanalysis wind fields synthesized with an empirical typhoon vortex model. Reanalysis wind data used is the Fifth-generation European Centre for Medium-Range Weather Forecasts (ECMWF) reanalysis (ERA5) data, which was deemed to be the most suitable for extreme value analysis in this study. The empirical typhoon vortex model used has the advantage of being able to realistically reproduce the asymmetric winds of a typhoon by using the gale/storm-forced wind radii information in the 4 quadrants of a typhoon. Using a total of 39 years of the synthesized reanalysis wind fields in the WNP, extreme value analysis is applied to the General Pareto Distribution (GPD) model based on the Peak-Over-Threshold (POT) method, which can be used effectively in case of insufficient data. The results showed that the extreme analysis using the synthesized wind data significantly improved the tendency to underestimate the extreme wind speeds compared to using only reanalysis wind data. Considering the difficulty of obtaining long-term observational wind data at sea, the result of the synthesized wind field and extreme value analysis developed in this study can be used as basic data for the design of offshore structures.
Structural reanalysis is frequently utilized to reduce the computational cost so that the process of design or optimization can be accelerated. The supports can be regarded as the design variables and may be modified in various types of structural optimization problems. The location, number, and type of supports can make a great impact on the performance of the structure. This paper presents a unified method for structural static reanalysis with imposition or relaxation of some support constraints. The information from the initial analysis has been fully utilized and the computational time can be significantly reduced. Numerical examples are used to validate the effectiveness of the proposed method.
Structural optimization algorithm of steel box girder bridges using improved higher-order approximate reanalysis technique is proposed in this paper. The proposed approximation method is a generalization of the convex approximation method. The order of the approximate reanalysis for each function is analytically adjusted in the optimization process. This self-adjusted capability makes the approximate structural analysis values conservative enough to maintain the optimum design point of the approximate problem. The efficiency of proposed optimazation algorithm, compared with conventional algorithm, is successfully demonstrated in the steel box girder bridges. The efficiency and robustness of proposed algorithm is also demonstrated in practical steel box girder bridges.
Structural reanalysis is frequently used to reduce the computational cost during the process of design or optimization. The supports can be regarded as the design variables in various types of structural optimization problems. The location, number, and type of supports may be varied in order to yield a more effective design. The paper is focused on structural static reanalysis problem with added supports where some node displacements along axes of the global coordinate system are specified. A new approach is proposed and exact solutions can be provided by the approach. Thus, it belongs to the direct reanalysis methods. The information from the initial analysis has been fully exploited. Numerical examples show that the exact results can be achieved and the computational time can be significantly reduced by the proposed method.
A study is made of approximate technique for structural reanalysis based on the force method. Perturbntion analysis of generalized least squares problem is adopted to reanalyze a damaged structure, and related results are presented.
This paper presents an approximate reanalysis methods of structures based on substructuring for an effective optimization of large-scale structural systems. In most optimal design procedures the analysis of the structure must be repeated many times. In particular, one of the main obstacles in the optimization of structural systems are involved high computational cost and expended long time in the optimization of large-scale structures. The purpose of this paper is to evaluate efficiently the structural behavior of new designs using information from previous ones, without solving basic equations for successive modification in the optimal design. The proposed reanalysis procedure is combined Taylor series expansions which is a local approximation and reduced basis method which is a global approximation based on substructuring. This technique is to choose each of the terms of Taylor series expansions as the basis vector of reduced basis method in substructuring system which is one of the most effective analysis of large -scale structures. Several numerical examples illustrate the effectiveness of the solution process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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