The recent high speed propeller with blade sweep is required to have high strength to get the thrust to fly at high speed. The high stiffness and strength carbon/epoxy composite material is used for the major structure and skin-spar-foam sandwich structural type is adopted for advantage in terms of the blade weight. As a design procedure for the present study, the structural design load is estimated through investigation on aerodynamic load and then flanges of spars from major bending loads and the skin from shear loads are sized using the netting rule and Rule of Mixture. In order to investigate the structural safety and stability, stress analysis is performed by finite element analysis code MSC. NASTRAN. It is found that current methodology of composite structure design is a valid method through the static structural test of prototype blade.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2004.03a
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pp.401-407
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2004
This study proposes a interim development result for the l-㎾ class small wind turbine system, which is applicable to relatively low wind speed regions like Korea and has the variable pitch control mechanism. In the aerodynamic design of the wind turbine blade, parametric studies were carried out to determine an optimum aerodynamic configuration which is not only more efficient at low wind speed but whose diameter is not much larger than similar class other blades. A light composite structure, which can endure effectively various loads, was newly designed. In order to evaluate the structural design of the composite blade, the structural analysis was performed by the finite element method. Moreover both structural safety and stability were verified through the full-scale structural test.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2001.04a
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pp.173-180
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2001
In this study steel box girders used as main members of a two span continuous steel bridge, are optimally designed by a Load and Resistance Factor Design method(LRFD) using an numerical optimization method. The width, height, web thickness and flange thickness of the main girder are set as design variables, and light weight design is attempted by choosing the cross-sectional area as an object function. We studied the results of steel box girders and compared with those of 1-type girders. The main program is coded with C++ and connected with optimization modul ADS. which is coded with FORTRAN.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.3
s.168
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pp.146-153
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2005
In this paper, a multi-step optimization using genetic algorithm with variable penalty function is introduced to the structural design optimization of a grinding machine. The design problem, in this study, is to find out the optimum configuration and dimensions of structural members which minimize the static compliance, the dynamic compliance, and the weight of the machine structure simultaneously under several design constraints such as dimensional constraints, maximum deflection limit, safety criterion, and maximum vibration amplitude limit. The first step is shape optimization, in which the best structural configuration is found by getting rid of structural members that have no contributions to the design objectives from the given initial design configuration. The second and third steps are sizing optimization. The second design step gives a set of good design solutions having higher fitness for lightweight and minimum static compliance. Finally the best solution, which has minimum dynamic compliance and weight, is extracted from the good solution set. The proposed design optimization method was successfully applied to the structural design optimization of a grinding machine. After optimization, both static and dynamic compliances are reduced more than 58.4% compared with the initial design, which was designed empirically by experienced engineers. Moreover the weight of the optimized structure are also slightly reduced than before.
Biondini, Fabio;Bontempi, Franco;Malerba, Pier Giorgio
Structural Engineering and Mechanics
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v.12
no.6
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pp.685-698
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2001
In this paper, a general method for the automatic search for Strut-and-Tie (S&T) models representative of possible resistant mechanisms in reinforced concrete elements is proposed. The representativeness criterion here adopted is inspired to the principle of minimum strain energy and requires the consistency of the model with a reference stress field. In particular, a highly indeterminate pin-jointed framework of a given layout is generated within the assigned geometry of the concrete element and an optimum truss is found by the minimisation of a suitable objective function. Such a function allows us to search the optimum truss according to a reference stress field deduced through a F.E.A. and assumed as representative of the given continuum. The theoretical principles and the mathematical formulation of the method are firstly explained; the search for a S&T model suitable for the design of a deep beam shows the method capability in handling the reference stress path. Finally, since the analysis may consider the structure as linear-elastic or cracked and non-linear in both the component materials, it is shown how the proposed procedure allows us to verify the possibilities of activation of the design model, oriented to the serviceability condition and deduced in the linear elastic field, by following the evolution of the resistant mechanisms in the cracked non-linear field up to the structural failure.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2001.10a
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pp.515-522
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2001
A simplified method is presented for the computation of eigenvalue and eigenvector derivatives associated with repeated eigenvalues. In the proposed method, adjacent eigenvectors and orthonormal conditions are used to compose an algebraic equation whose order is (n+m)x(n+m), where n is the number of coordinates and m is the number of multiplicity of the repeated eigenvalue. One algebraic equation developed can be computed eigenvalue and eigenvector derivatives simultaneously. Since the coefficient matrix of the proposed equation is symmetric and based on N-space, this method is very efficient compared to previous methods. Moreover the numerical stability of the method is guaranteed because the coefficient matrix of the proposed equation is non-singular, This method can be consistently applied to both structural systems with structural design parameters and mechanical systems with lumped design parameters. To verify the effectiveness of the proposed method, the finite element model of the cantilever beam and a 5-DOF mechanical system in the case of a non-proportionally damped system are considered as numerical examples. The design parameter of the cantilever beam is its width, and that of the 5-DOF mechanical system is a spring.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.15
no.4
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pp.599-607
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2002
During the shape optimization, relocations of nodes happen successively. However, excessive movement of nodes often results in the mesh distortion and eventually deteriorates the accuracy of the optimum solution. To overcome this problem, an efficient method lot the shape optimization has been developed. The method starts from the design domain which is large enough to hold the possible shape of the structure. The design domain has pre-defined uniform fine meshes. In each cycle, the method allots real properties to the elements inside the structure and nearly zero to ones outside. The performance of the method is evaluated through two examples with displacement and frequency constraints.
This work dealt with the design and manufacturing of composite blades of a vertical axis wind turbine system. In this work, aerodynamic and structural designs of sandwich composite blades for a vertical axis wind turbine system were performed. First, the aerodynamic and structural design requirements of the composite blades were investigated. After the structural design was complete, a structural analysis of the wind turbine blades was performed using the finite element analysis method. It was performed with the stress and displacement analysis at the applied load condition. A design modification for the structurally weak part was proposed as a result of the structural analysis. Through another structural analysis, it was confirmed that the final designed blade structure is safe.
This paper proposes an optimum design method of structural and control systems, using a 2-D truss structure as an example. The structure is subjected to initial static loads and disturbances. For the structure, a FEM model is formed. Using modal transformation, the equation of motion is transformed into modal coordinates, in order to decrease D.O.F. of the FEM model. To suppress the effect of the disturbances, the structure is controlled by an output feedback $H_{\infty}$ controller. The design variables of the combined optimal design of the control-structure systems are the cross sectional areas of truss members. The structural objective function is the structural weight. The control objective function is the $H_{\infty}$ norm, the performance index of control. The second structural objective function is the energy of the response related to the initial state, which is derived from the time integration of the quadratic form of the state in the closed-loop system. In a numerical example, simulations have been perform. Through the consideration of structural weight and $H_{\infty}$ norm, an advantage of the combined optimum design of structural and control systems is shown. Moreover, since the performance index of control is almost nearly optimiz, we can acquire better design of structural strength.
International Journal of Ocean Engineering and Technology Speciallssue:Selected Papers
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v.6
no.1
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pp.60-68
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2003
This paper proposes an optimum design method of structural and control systems, using a 2-D truss structure as an example. The structure is subjected to initial static loads and disturbances. For the structure, a FEM model is formed. Using modal transformation, the equation of motion is transformed into modal coordinates, in order to decrease D.O.F. of the FEM model. To suppress the effect of the disturbances, the structure is controlled by an output feedback $H_{\infty}$ controller. The design variables of the combined optimal design of the control-structure systems are the cross sectional areas of truss members. The structural objective function is the structural weight. The control objective function is the $H_{\infty}$ norm, the performance index of control. The second structural objective function is the energy of the response related to the initial state, which is derived from the time integration of the quadratic form of the state in the closed-loop system. In a numerical example, simulations have been perform. Through the consideration of structural weight and $H_{\infty}$ norm, an advantage of the combined optimum design of structural and control systems is shown. Moreover, since the performance index of control is almost nearly optimiz, we can acquire better design of structural strength.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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