Park, Chang-Hyun;Ahn, Hee-Jae;Choi, Dong-Hoon;Jung, Cheul-Kyu
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.2
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pp.223-233
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2011
A design optimization problem was formulated to minimize the volume of an RC building structure while satisfying design constraints on structural displacements under vertical, wind and seismic loads. We employed metamodel-based design optimization using design of experiments, metamodeling and optimization algorithm to circumvent the difficulty of the automation of structural analysis procedure. Especially, we proposed a design approach of repetitive design optimizations by stages with changing the side constraint values on design variables and limit values on design constraints until a satisfactory design result was obtained. Using the proposed design approach, the volume of the RC building structure has been reduced by 53.3 % compared to the initial one while satisfying all the design constraints. This design result clearly shows the validity of the proposed design approach.
Kim, Jaeseung;Moon, Sanggon;Han, Jeongwoo;Lee, Geun-Ho;Kim, Min-Geun
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.4
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pp.243-248
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2022
Weight optimization was performed for a rotorcraft shaft system using one-dimensional Euler-Bernoulli beam elements. Torsion, shaft support stiffness such as bearings, flange mass are all considered. To guarantee structural dynamic stability, eigenvalue analysis was performed to avoid critical speed and tooth mesh excitation form the gearbox. The weight optimization was performed by adjusting the thickness and radius while the length of the shaft was fixed, and the optimization process was divided into two stages. In the first, the weight is optimized with the torsional strength constraint. In the second, the difference between the primary mode of shaft and the critical speed is maximized so that the primary mode of the shaft can avoid the critical speed while the constraint on the torsional strength of the shaft is satisfied according to the standard for shaft system stability (AMC P 706-201, 1974). The proposed method was verified by comparing the results of the optimal design using the given one-dimensional beam elements with the stress results of the 3D finite element and the actual manufactured shaft.
Finite element (FE) model updating is a useful tool for global damage detection technique, which identifies the damage of the structure using measured vibration data. This paper presents the application of a finite element model updating method to detect the damage of a small-scale reinforced concrete building structure using measured acceleration data from shaking table tests. An iterative FE model updating strategy using the least-squares solution based on sensitivity of frequency response functions and natural frequencies was provided. In addition, a side constraint to mitigate numerical difficulties associated with ill-conditioning was described. The test structure was subjected to six El Centro 1942 ground motion histories with different Peak Ground Accelerations (PGA) ranging from 0.06 g to 0.5 g, and analytical models corresponding to each stage of the shaking were obtained using the model updating method. Flexural stiffness values of the structural members were chosen as the updating parameters. In model updating at each stage of shaking, the initial values of the parameter were set to those obtained from the previous stage. Severity of damage at each stage of shaking was determined from the change of the updated stiffness values. Results indicated that larger reductions in stiffness values occurred at the slab members than at the wall members, and this was consistent with the observed damage pattern of the test structure.
Computational Structural Engineering : An International Journal
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v.1
no.2
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pp.89-96
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2001
A study on the topology optimization of a Hard-Disk-Driver(HDD) actuator arm is presented. The purpose of the present wert is to increase the natural frequency of tole first lateral mode of the HDD actuator arm under the constraint of total moment of inertia, so as to facilitate the position control of the high speed actuator arm. The first lateral mode is an important factor in the position control process. Thus the topology optimization for 2-D model of the HDD actuator arm is considered. A new objective function corresponding to multieigenvalue optimization is suggested to improve the solution of the eigenvalue optimization problem. The material density of the structure is treated as the design variable and the intermediate density is penalized. The effects of different element types and material property functions on the final topology are studied. When the problem is discretized using 8-node element of a uniform density, tole smoothly-varying density field is obtained without checker-board patterns incurred. AS a result of 7he study, an improved design of the HDD actuator arm is suggested. Dynamic characteristics of the suggested design are compared computationally with those of the old design. With the same amount of the moment of inertia, the natural frequency of the first lateral mode of the suggested design is subsequently increased over the existing one.
The linerization method as one of the recursive quadratic programming method is applied for the optimal design of a large-scale structure supported by Pshenichny's proof of global convergence of the algorithm and convergence rate estimates. The linearization method transforms all constants of the design problem into an equivalent linearized constraint and employs the active-set strategy. This results in substantial computational savings by reducing the number of sate and adjoint to be solved at every design iteration. The illustrative example of plates with beams supported by columns is the typical one of a large-scale structure to give successful optimum solutions with satisfactory convergence criteria. Hopefully, the method may be applicable to all classes of optimization problems.
This study compares and analyzes the results of structural analyses due to three constraint conditions on the emblem for car. The analysis results are studied by investigating the influence due to the column angle combined between the lower plate of amblem and the upper amblem. The combined with the amblem is parallel to the longitudinal axle of the amblem at the first case. The angle combined with the amblem is perpendicular to the lower plate at the second case. The angle combined with the amblem is perpendicular to the amblem at the third case as the last case. The amblem model for car can be thought to be optimized by investigating the fatigue life and the durability of amblem through the simulation of structural and fatigue analyses. And it is possible to be grafted onto the convergence technique at design and show the esthetic sense.
A Bayesian probabilistic method is proposed for online estimation of the process noise and measurement noise parameters for Kalman filter. Kalman filter is a well-known recursive algorithm for state estimation of dynamical systems. In this algorithm, it is required to prescribe the covariance matrices of the process noise and measurement noise. However, inappropriate choice of these covariance matrices substantially deteriorates the performance of the Kalman filter. In this paper, a probabilistic method is proposed for online estimation of the noise parameters which govern the noise covariance matrices. The proposed Bayesian method not only estimates the optimal noise parameters but also quantifies the associated estimation uncertainty in an online manner. By utilizing the estimated noise parameters, reliable state estimation can be accomplished. Moreover, the proposed method does not assume any stationarity condition of the process noise and/or measurement noise. By removing the stationarity constraint, the proposed method enhances the applicability of the state estimation algorithm for nonstationary circumstances generally encountered in practice. To illustrate the efficacy and efficiency of the proposed method, examples using a fifty-story building with different stationarity scenarios of the process noise and measurement noise are presented.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.3
s.234
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pp.369-386
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2005
Various aspects of structural optimization techniques under transient loads are extensively reviewed. The main themes of the paper are treatment of time dependent constraints, calculation of design sensitivity, and approximation. Each subject is reviewed with the corresponding papers that have been published since 1970s. The treatment of time dependent constraints in both the direct method and the transformation method is discussed. Two ways of calculating design sensitivity of a structure under transient loads are discussed - direct differentiation method and adjoint variable method. The approximation concept mainly focuses on re- sponse surface method in crashworthiness and local approximation with the intermediate variable Especially, as an approximated optimization technique, Equivalent Static Load method which takes advantage of the well-established static response optimization technique is introduced. And as an application area of dynamic response optimization technique, the structural optimization in flexible multibody dynamic systems is re- viewed in the viewpoint of the above three themes
In this paper, an innovative procedure is proposed for the seismic design of reinforced concrete frame structures. The main contribution of the proposed procedure is to minimize the construction cost, considering the uniform damage distribution over the height of structure due to earthquake excitations. As such, this procedure is structured in the framework of an optimization problem, and the initial construction cost is chosen as the objective function. The aim of uniform damage distribution is reached through a design constraint in the optimization problem. Since this aim requires defining allowable degree of damage, a damage pattern based on the concept of global collapse mechanism is presented. To show the efficiency of the proposed procedure, the uniform damage-based optimum seismic design is compared with two other seismic design procedures, which are the strength-based optimum seismic design and the damage-based optimum seismic design. By using the three different seismic design methods, three reinforced concrete frames including six-, nine-, and twelve-story with three bays are designed optimally under a same artificial earthquake. Then, to show the effects of the uniform damage distribution, all three optimized frames are used for seismic damage analysis under a suite of earthquake records. The results show that the uniform damage-based optimum seismic design method renders a design that will suffer less damage under severe earthquakes.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.18
no.4
s.70
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pp.385-393
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2005
This paper established the dynamic model of a flexible Timoshenko beam capable of geometrical nonlinearities subject to large overall motions by using the finite element method. Equations of motion are derived by using Hamilton principle and are formulated in terms of finite elements in which the nonlinear constraint equations are adjoined to the system using Lagrange multipliers. The Newmark direct integration method and the Newton-Raphson iteration are employed here for the numerical study which is to demonstrate the efficiency of the proposed formulation.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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