Kim, Yongha;Kim, Myungjun;Kim, Pyeunghwa;Kim, Hwiyeop;Park, Jungsun;Roh, Jin-Ho;Bae, Jaesung
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.4
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pp.476-490
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2016
This paper defines mode shape function of a composite solar panel assumed as Kirchhoff-Love plate for considering a torsional mode of composite solar panel. It then goes on to define dynamic model of a high-agility satellite considering the flexibility of composite solar panel as well as stiffness of a solar panel's hinge using Lagrange's theorem, Ritz method and the mode shape function. Furthermore, this paper verifies the validity of dynamic model by comparing numerical results from the finite element analysis. In addition, this paper performs a dynamic response analysis of a rigid satellite which includes only natural modes for solar panel's hinges and a flexible satellite which includes not only natural modes of solar panel's hinges, but also structural modes of composite solar panels. According to the results, we confirm that the torsional mode of solar panel should be considered for the structural design of high-agility satellite. Finally, we performed optimization of high-agility satellite for minimizing mass with solar panel's area limit using the defined dynamic model. Consequently, we observed that the defined dynamic model for a high-agility satellite and result of the optimal design are very useful not only because of their optimal structural design but also because of the dynamic analysis of the satellite.
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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.7
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pp.821-826
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2011
CAE-based structural optimization techniques are applied for the design of a lightweight crane. The boom of the crane is designed by shape optimization with the shape of the cross section of the boom as the design variable. The design objective is mass minimization, and the static strength and dynamic stiffness of the system are set as the design constraints. Hyperworks, a commercial analysis and optimization software, is used for shape and topology optimization. In order to consistently change the shape of the elements of the boom with respect to the change in the shape of its cross section, the morphing function in Hyperworks is used. The support of the boom of the original model is simplified to model the design domain for topology optimization, which is discretized by using three-dimensional solid elements. The final result after shape and topology optimization is 19% and 17% reduction in the masses of the boom and support, respectively, without a deterioration in the system stiffness.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.36
no.6
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pp.794-801
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2012
Finite Element Method is a strong tool to analyse static and dynamic problem of a structure. FEM is a good method for static problem, but for dynamic problem there are some differences between real phenomena and analyzed phenomena. Therefore some modifications are needed to identify two results. In this paper authors propose a genetic algorithm method 1) to adjust dimensions of plate for identifying natural frequencies, 2) to fit amplitude of FEM Frequency Response Function(FRF) onto it of real FRF. Analysis by raw FEM data gave questions if the results were for the same object. By only adjusting Young's modulus much better accordances were obtained, but limitation existed still. Very good agreements were achieved by shape modification and damping coefficient identification.
Proceedings of the Korean Geotechical Society Conference
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2008.03a
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pp.511-520
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2008
The steel pipe strut for a means of the retaining structure has been used generally in North America, Europe and China so far. However, Korea and Japan, two countries are much familiar with H-shape steel strut having its anisotropic strength on two different axes(named as strong and weak axes), even though they recognize the steel pipe's excellence of structural function associated with its compressive ability. This trend is mainly due to a number of its field application, accumulated know-hows and workmanship etc. This paper introduces particular features of a high-strength steel pipe strut in comparison with the H-shape steel strut and its application for two excavation sites in Seoul. As a result of field verification, the high-strength pipe steel strut is more effective than the H-shape steel strut in terms of construction costs, schedules, constructibility and structural stability.
Detailed pulse shape analysis of a Geiger-$M{\ddot{u}}ller$ counter is performed to understand the pulse shape dependence on operating voltage. New data is presented to demonstrate that not all pulses generated in a GM counter are identical. In fact, there is a strong correlation between the operating voltage and the pulse shape. Similar to detector deadtime, pulse shapes fall in three distinct regions. For low voltage region, where deadtime was reported to reduce with increasing voltage, pulse generated in this region was observed to have a fixed pulse width with a variable tail. The pulse width and fall time of the tail was observed to be a function of applied voltage; exponentially reducing with increasing voltage with an exponent of negative 6E-04 and 2E-03 respectively. The second region showed a pulse without any significant tail. During this time the detector deadtime was earlier reported to be at its minimum. The highest voltage region demonstrated a different deadtime mechanism where the second pulse was reduced in width. During this time the deadtime seemed to be increasing with increasing voltage. This data allows us to gain some unique insight into the phenomenon of GM detector deadtime not reported thus far.
In this paper, a vibration-based method using the change ratios of modal data and the experience-based learning algorithm is presented for quantifying the position, size, and interface layer of delamination in laminated composites. Three types of objective functions are examined and compared, including the ones using frequency changes only, mode shape changes only, and their combination. A fine three-dimensional FE model with constraint equations is utilized to extract modal data. A series of numerical experiments is carried out on an eight-layer quasi-isotropic symmetric (0/-45/45/90)s composited beam for investigating the influence of the objective function, the number of modal data, the noise level, and the optimization algorithms. Numerical results confirm that the frequency-and-mode-shape-changes-based technique yields excellent results in all the three delamination variables of the composites and the addition of mode shape information greatly improves the accuracy of interface layer prediction. Moreover, the EBL outperforms the other three state-of-the-art optimization algorithms for vibration-based delamination detection of composites. A laboratory test on six CFRP beams validates the frequency-and-mode-shape-changes-based technique and confirms again its superiority for delamination detection of composites.
The yield criterion, or called yield function, plays an important role in the study of plastic working of a sheet because it governs the plastic deformation properties of the sheet during plastic forming process. In this paper, we propose a modified version of previous anisotropic yield function (Trans. Mater. Process., 31(4) 2022, pp. 214-228) based on J2 and J3 stress invariants. The proposed anisotropic yield model has the 6th-order of stress components. The modified version of the anisotropic yield function in this study is as follows. f(J20,J30) ≡ (J20)3 + α(J30)2 + β(J20)3/2 × (J30) = k6 The proposed anisotropic yield function well explains the anisotropic plastic behavior of various sheets such as aluminum, high strength steel, magnesium alloy sheets etc. by introducing the parameters α and β, and also exhibits both symmetrical and asymmetrical yield surfaces. The parameters included in the proposed model are determined through an optimization algorithm from uniaxial and biaxial experimental data under proportional loading path. In this study, the validity of the proposed anisotropic yield function was verified by comparing the yield surface shape, normalized uniaxial yield stress value, and Lankford's anisotropic coefficient R-value derived with the experimental results. Application for the proposed anisotropic yield function to AA6016-T4 aluminum and DP980 sheets shows symmetrical yielding behavior and to AZ31B magnesium shows asymmetric yielding behavior, it was shown that the yield locus and yielding behavior of various types of sheet materials can be predicted reasonably by using the proposed anisotropic yield function.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1993.10a
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pp.193-198
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1993
This paper presents a systematic procedure to obtain shape functions of the infinite elements for soil-structure interaction analysis. The function spaces are derived from the analytical solutions and appropriate assumptions based on physical interpretation. The function spaces are complete for the surface wave components, but approximate for the body wave components. Three different infinite elements are developed by using the wave functions of the derived function spaces. Numerical example analysis is presented for demonstrating the effectiveness of the present infinite elements.
In today's industry, the butterfly valve has been used to control a flow effectively. However, it is difficult to have the existing structural optimization using field analysis from CFD to structure analysis when the structure is influenced by fluid. Therefore, an initial model of this study is to evaluate the stability of the valve using FEM and CFD. And, it selected variable using initial analysis results. Also, it accomplished the shape optimization design using the orthogonal arrangement and characteristic function. Research result, a few experiments showed the optimal results of there dimensional structures to be multi-objective.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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