This study presents a structural cost optimization method for building frame system using high-strength steel members. In, this optimization method, the material cost of steel member is involved in objective function to find the optimal cost of building frame systems. Genetic Algorithm is adopted to optimizer to find structural cost optimization. The proposed adapted to structural design of 3.5 stories example buildings with buildings frame systems. As a result, The proposed optimization method can be effectively adapted to cost optimization of building frame systems using high-strength steel members.
Recently, Ultra High Strength Steel (UHSS) sheet metal has been widely used to improve lightweight structures in the automobile industry. Because UHSS sheets have high strength but low elongation, it is difficult to control winkle and thinning for complex shaped products. The draw beads on die surface were introduced in this study to reduce wrinkle and thinning. The positions and strength values of draw beads were selected as design variables and optimized using finite element analysis. The beads positions and strength of a mold for B-pillar part were designed with the proposed optimization method. The accuracy of die design from optimization was verified by comparing with the results from 3-D scanned geometry.
Jang, Beom-Seon;Kim, Jae Dong;Park, Tae-Yoon;Jeon, Sang Bae
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제11권1호
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pp.82-96
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2019
A semi-submersible structure has been widely used for offshore drilling and production of oil and gas. The small water plane area makes the structure very sensitive to weight increase in terms of payload and stability. Therefore, it is necessary to lighten the substructure from the early design stage. This study aims at an optimization of hull structure based on a sophisticated yield and buckling strength in accordance with classification rules. An in-house strength assessment system is developed to automate the procedure such as a generation of buckling panels, a collection of required panel information, automatic buckling and yield check and so on. The developed system enables an automatic yield and buckling strength check of all panels composing the hull structure at each iteration of the optimization. Design variables are plate thickness and stiffener section profiles. In order to overcome the difficulty of large number of design variables and the computational burden of FE analysis, various methods are proposed. The steepest descent method is selected as the optimization algorithm for an efficient search. For a reduction of the number of design variables and a direct application to practical design, the stiffener section variable is determined by selecting one from a pre-defined standard library. Plate thickness is also discretized at 0.5t interval. The number of FE analysis is reduced by using equations to analytically estimating the stress changes in gradient calculation and line search steps. As an endeavor to robust optimization, the number of design variables to be simultaneously optimized is divided by grouping the scantling variables by the plane. A sequential optimization is performed group by group. As a verification example, a central column of a semi-submersible structure is optimized and compared with a conventional optimization of all design variables at once.
This paper proposes a solution to the problems of manufacturing cost and processability by applying discrete material and thickness optimization (DMTO) and minimizing the use of high-strength, lightweight materials in the optimization process. A simple infant pop-up seat model was selected as the application target, and the weight reduction effect and variation in strength according to the optimization results were observed. In this study, a simplified finite element model of an infant pop-up seat frame was first constructed. The model was used to perform a static structural analysis to verify the weight and strength of each part. The D-optimal design of the experimental method was then used to observe the influence of each part on the weight and strength. This process was applied using discrete thickness optimization (DTO) (which applies high-strength, lightweight materials and optimizes only the thickness) and DMTO (which considers both the material and thickness). The DTO and DMTO results were compared to verify the design method that determines the major parts and simultaneously considers the material and thickness. Accordingly, in this study, an optimal lightweight design that satisfied the strength standards of the seat frame was derived. Furthermore, discretization parameters were used to minimize the application of high-strength, lightweight materials.
The objective of this paper is to optimize the cross-section of aluminum decking units used in the bass boats under operating conditions, and to verify the optimized model from the results via by ANSYS software. Aluminum decking unit is needed to endure specific loading while leisure activity and sailing. For a stiffer and more cost-neutral aluminum decking unit, optimization is often considered in the naval and marine industries. This optimization of the aluminum decking unit is performed using the ANSYS program, which is based on the topology optimization method. The generation of finite element models and stress evaluations are conducted using the ANSYS Multiphysics module, which is based on the Finite Element Method (FEM). Through such a series of studies, it was possible to determine the most suitable case for satisfying the structural strength found among the phase-optimized aluminum deck units in bass boats. From these optimization results, CASE 1 shows the best solution in comparison with the other cases for this optimization. By linking the topology optimization with the structural strength analysis, the optimal solution can be found in a relatively short amount of time, and these procedures are expected to be applicable to many fields of engineering.
The layup optimization by genetic algorithm (GA) for the interlaminar strength of laminated composites with free edge is presented. For the calculation of interlaminar stresses of composite laminates with free edges, extended Kantorovich method is applied. In the formulation of GA, repair strategy is adopted for the satisfaction of given constraints. In order to consider the bounded uncertainty of material properties, convex modeling is used. Results of GA optimization with scattered properties are compared with those of optimization with nominal properties. The GA combined with convex modeling can work as a practical tool for maximum interlaminar strength design of laminated composite structures, since uncertainties are always encountered in composite materials and the optimal results can be changed.
In this study 72 different high strength concrete (HSC) mixes were produced according to the Taguchi design of experiment method. The specimens were divided into four groups based on the range of their compressive strengths 40-60, 60-80, 80-100 and 100-125 MPa. Each group included 18 different concrete mixes. The slump and air-content values of each mix were measured at the production time. The compressive strength, splitting tensile strength and water absorption properties were obtained at 28 days. Using this data the Genetic Programming technique was used to construct models to predict mechanical properties of HSC based on its constituients. These models, together with the cost data, were then used with a Genetic Algorithm to obtain an HSC mix that has minimum cost and at the same time meets all the strength and workability requirements. The paper describes details of the experimental results, model development, and optimization results.
Generally, a lot of reinforcements are used in nuclear power plant concrete structures in order to improve the structural safety, but it may cause several potential problems due to the overcrowded reinforcement, such as the degradation of concrete quality, the construction delay and the increase of construction cost. In order to resolve these problems, structural test researches and code change studies on using high-strength reinforcement (Gr.80) in unclear power plant structures are under way, and there is good progress in code change of ASM BPVC.III.2 and ACI 349. This purpose of this study is to review the code change status ASM BPVC.III.2, ACI 349 under way to use the high-strength reinforcement in nuclear power plant structures. Also I will introduce the design optimization of NPP structures with high-strength reinforcements in order to maximize the effect and minimize the problem when using the high-strength reinforcements in NPP structures.
This study suggests a structural design process for the upper control arm installed at a vehicle. Static strength and durability are the most important responses in the structural design of a control arm. This study considers the static strength in the optimization process. The inertia relief method for FE analysis is utilized to simulate the static loading conditions. According to the classification of structural optimization, the structural design of a control arm is included in the category of shape optimization. In this study, the metamodel technique using the kriging method is adopted to obtain the minimum weight satisfying the strength constraint. Then, the final design is suggested by considering the durability criteria. The durability assessment is obtained by the index of fatigue durability called the SWT (Smith-Watson-Topper) index. The final optimum shape has been proposed by trial and error method.
The paper deals with comparative study of various surrogate models based approximate optimization in the structural design of the passive type deck support frame under design load conditions. The passive type deck support frame was devised to facilitate both transportation and installation of 20,000 ton class topside. Structural analysis was performed using the finite element method to evaluate the strength performance of the passive type deck support frame in its initial design stage. In the structural analysis, the strength performances were evaluated for various design load conditions. The optimum design problem based on surrogate model was formulated such that thickness sizing variables of main structure members were determined by minimizing the weight of the passive type deck support frame subject to the strength performance constraints. The surrogate models used in the approximate optimization were response surface method, Kriging model, and Chebyshev orthogonal polynomials. In the context of numerical performances, the solution results from approximate optimization were compared to actual non-approximate optimization. The response surface method among the surrogate models used in the approximate optimization showed the most appropriate optimum design results for the structure design of the passive type deck support frame.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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