Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.19
no.5
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pp.637-644
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2010
This paper presents a reliability-based shape optimization (RBSO) using the growth-strain method. An actual design involves uncertain conditions such as material property, operational load, Poisson's ratio and dimensional variation. The purpose of the RBSO is to consider the variations of probabilistic constraint and performances caused by uncertainties. In this study, the growth-strain method was applied to shape optimization of reliability analysis. Even though many papers for reliability-based shape optimization in mathematical programming method and ESO (Evolutionary Structural Optimization) were published, the paper for the reliability-based shape optimization using the growth-strain method has not been applied yet. Growth-strain method is applied to performance measure approach (PMA), which has probabilistic constraints that are formulated in terms of the reliability index, is adopted to evaluate the probabilistic constraints in the change of average mises stress. Numerical examples are presented to compare the DO with the RBSO. The results of design example show that the RBSO model is more reliable than deterministic optimization. It was verified that the reliability-based shape optimization using growth-strain method are very effective for general structure. The purpose of this study is to improve structure's safety considering probabilistic variable.
Reliability Based Design Optimization(RBDO) is one of the optimization methods that minimize the product failure due to small changes of operating conditions or process errors. It searches the optimum that satisfies the safety margin of each constraint, and it gives stable and reliable designs. However, RBDO requires many times oj computational efforts compared with the conventional deterministic optimization(DO) to evaluate the probability of failure about each constraint, therefore it is hard to apply directly to large-scaled problems such as a flexible wing shape design optimization. For the efficient reliability analysis, the approximate reliability analysis method with the two-point approximation(TPA) is proposed In this study, the lift-to-drag ratio maximization designs are performed with 3-dimensional Navier-Stokes analysis and NASTRAN structural analysis, and the optimization results about the deterministic, FORM and SORM are compared.
In this study, an optimization design of reinforced concrete structures is performed by using the structural optimization techniques based on the LRFD criteria. The target reliability index is estimated by the optimal reliability index considering the expected cost which is taken as a sum of the structural cost and the expected costs due to failure of the structure. The load and resistance factors calculated by using level I reliability theory with the target reliability index are compared for each load combination (D+L, D+L+w). The results of this study show that the resistance factors are ${\phi}_{M}$=0.90, ${\phi}_{V}$==0.70, ${\phi}_{C}$==0.65 and the load factors are 1.20D + 1.70L, 1.07L + 0.07L + 1.10W. The optimization techinques used to this study are S.L.P. The optimization design based on the LRFD criteria is more economical and rational than other criteria.
In this paper, a hybrid uncertain model is applied to system reliability based design optimization (RBDO) of trusses. All random variables are described by random distributions but some key distribution parameters of them which lack information are defined by variation intervals. For system RBDO of trusses, the first order reliability method, as well as monotonicity analysis and the branch and bound method, are utilized to determine the system failure probability; and Improved (${\mu}+{\lambda}$) constrained differential evolution (ICDE) is employed for the optimization process. System reliability assessment of several numerical examples and system RBDO of different truss structures are proposed to verify our results. Moreover, the effect of different classes of interval distribution parameters on the optimum weight of the structure and the reliability index are also investigated. The results indicate that the weight of the structure is increased by increasing the uncertainty level. Moreover, it is shown that for a certain random variable, the optimum weight is more increased by the translation interval parameters than the rotation ones.
Kim, Sang-Rak;Park, Jae-Yong;Lee, Won-Goo;Yu, Jin-Shik;Han, Seog-Young
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.17
no.6
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pp.77-82
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2008
This paper presents a Reliability-Based Topology Optimization(RBTO) using the Evolutionary Structural Optimization(ESO). An actual design involves some uncertain conditions such as material property, operational load and dimensional variation. The Deterministic Topology Optimization(DTO) is obtained without considering the uncertainties related to the uncertainty parameters. However, the RBTO can consider the uncertainty variables because it has the probabilistic constraints. In order to determine whether the probabilistic constraints are satisfied or not, simulation techniques and approximation methods are developed. In this paper, the reliability index approach(RIA) is adopted to evaluate the probabilistic constraints. In order to apply the ESO method to the RBTO, sensitivity number is defined as the change in the reliability index due to the removal of the ith element. Numerical examples are presented to compare the DTO with the RBTO.
Kharmanda, G.;Sharabatey, S.;Ibrahim, H.;Makhloufi, A.;Elhami, A.
International Journal of CAD/CAM
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v.9
no.1
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pp.1-16
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2010
When Deterministic Design Optimization (DDO) methods are used, deterministic optimum designs are frequently pushed to the design constraint boundary, leaving little or no room for tolerances (or uncertainties) in design, manufacture, and operating processes. In the Reliability-Based Design Optimization (RBDO) model for robust system design, the mean values of uncertain system variables are usually used as design variables, and the cost is optimized subject to prescribed probabilistic constraints as defined by a nonlinear mathematical programming problem. Therefore, a RBDO solution that reduces the structural weight in uncritical regions does not only provide an improved design but also a higher level of confidence in the design. In this work, we seek to improve the quality of RBDO processes using efficient optimization techniques with object of improving the resulting objective function and satisfying the required constraints. Our recent RBDO developments show its efficiency and applicability in this context. So we present some recent structural engineering applications demonstrate the efficiency of these developed RBDO methods.
Kim, Hyun-Seok;Kim, Hyun-Sung;Park, Byoungjae;Lee, Kangsu
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.34
no.5
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pp.263-270
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2021
In this study, a reliability-based design optimization of a 130-m class fixed-type offshore platform, to be installed in the North Sea, was carried out, while considering environmental, material, and manufacturing uncertainties to enhance its structural safety and economic aspects. For the reliability analysis, and reliability-based design optimization of the structural integrity, unity check values (defined as the ratio between working and allowable stress, for axial, bending, and shear stresses), of the members of the offshore platform were considered as constraints. Weight of the supporting jacket structure was minimized to reduce the manufacturing cost of the offshore platform. Statistical characteristics of uncertainties were defined based on observed and measured data references. Reliability analysis and reliability-based design optimization of a jacket-type offshore structure were computationally burdensome due to the large number of members; therefore, we suggested a method for variable screening, based on the importance of their output responses, to reduce the dimension of the problem. Furthermore, a deterministic design optimization was carried out prior to the reliability-based design optimization, to improve overall computational efficiency. Finally, the optimal design obtained was compared with the conventional rule-based offshore platform design in terms of safety and cost.
Transactions of the Society of Information Storage Systems
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v.4
no.1
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pp.6-12
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2008
The paper deals with the numerical analysis and design optimization of polysilicon micro thermal flexure actuator. The deflection of a thermal actuator is implicitly related to the actuation time so that such deflection is to be maximized under the consideration of structural performances such as maximum stress and natural frequencies. At first, the structural formulation of a thermal actuator is reviewed, and its CAE based simulation is performed to verify the numerical model. A parametric study is then conducted to identify the mainly effective design variables. Finally, the design of a micro thermal actuator is explored in the context of deterministic optimization and reliability based design optimization in the present study.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.4
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pp.299-306
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2009
Design optimization is a method to find optimum point which minimizes the objective function while satisfying design constraints. The conventional optimization does not consider the uncertainty originated from modeling or manufacturing process, so optimum point often locates on the boundaries of constraints. Reliability based design optimization includes optimization technique and reliability analysis that calculates the reliability of the system. Reliability analysis can be classified into simulation method, fast probability integration method, and moment-based reliability method. In most generally used MPP based reliability analysis, which is one of fast probability integration method, if many MPP points exist, cost and numerical error can increase in the process of transforming constraints into standard normal distribution space. In this paper, multiplicative decomposition method is used as a reliability analysis for RBDO, and sensitivity analysis is performed to apply gradient based optimization algorithm. To illustrate whole process of RBDO mathematical and engineering examples are illustrated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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