Recent advances in the field of control theory have enabled us to design active vibration control systems for various structures. In many studies, the controller used to suppress vibration has been synthesized for the given mathematical model of structure. In these cases, the designer has not been able to utilize the degree of freedom to adjust the structural parameters of the control object. To overcome this problem, so called 'Structure/Control Simultaneous Optimization Method' is used. In this context of view, this paper is concerned with the active vibration control of bridge towers, platforms and ocean vehicles etc. Simultaneous design method is used to achieve optimal system performance. Here, a general framework for the simultaneous design problem of output feedback case is introduced based on LMI (Linear Matrix Inequality). The simulation results show that the proposed design method achieves desirable control performance.
In this paper an efficient approach is introduced for design and analysis of double-layer grids including both geometrical and material nonlinearities, while the results are compared with those considering material nonlinearity. Optimum design procedure based on Enhanced Colliding Bodies Optimization method (ECBO) is applied to optimal design of two commonly used configurations of double-layer grids. Two ranges of spans as small and big sizes with certain bays of equal length in two directions are considered for each type of square grids. ECBO algorithm obtains minimum weight grid through appropriate selection of tube sections available in AISC Load and Resistance Factor Design (LRFD). Strength constraints of AISC-LRFD specifications and displacement constraints are imposed on these grids.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.65
no.6
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pp.1045-1051
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2016
This paper introduces a new optimal design method using a bacterial survival strategies for a ectromagnet of Maglev transportation vehicle. Usually, an electromagnetic suspension which has more advantages than electro dynamic suspension is used in Maglev systems. However, the structural constraints must be considered in the optimal design of an electromagnet for electromagnetic suspend system. In this paper, the optimal design method of a electromagnet based on a bacterial survival strategies optimization algorithm to design the electromagnet satisfying the structural constraints. The effectiveness of the proposed method was verified by Matlab simulations and the simulation results show that the proposed method is more efficient than conventional methods.
The main aim of this paper is to investigate the relationship between thickness and height of the axially symmetric cylindrical reinforced concrete (RC) walls by the help of a meta-heuristic optimization procedure. The material cost of the wall which includes concrete, reinforcement and formwork, was chosen as objective function of the optimization problem. The wall thickness, compressive strength of concrete and diameter of reinforcement bars were defined as design variables and tank volume, radius and height of the wall, loading condition and unit cost of material were defined as design constants. Numerical analyses of the wall were conducted by using superposition method (SPM) considering ACI 318-Building code requirements for structural concrete. The optimum wall thickness-height relationship was investigated under three main cases related with compressive strength of concrete and density of the stored liquid. According to the results, the proposed method is effective on finding the optimum design with minimum cost.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.3
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pp.311-318
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2015
A nonlinear dynamic response structural optimization process is proposed for the television (TV) packing system that protects the damage from a drop situation using the equivalent static loads (ESLs). Topology optimization using ESLs is carried out for conceptual design, and shape optimization using stress ESLs for a virtual model is performed for detailed design. Stress ESLs are static loads that generate the same displacement as well as the stress fields of linear static analysis as those of nonlinear dynamic analysis. Thus, the response of nonlinear dynamic analysis can be utilized as a constraint in the linear static structural optimization. An actual example is solved to validate the process. The drop test of a television packaging system is analyzed by LS-DYNA, and NASTRAN is used for optimization.
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
Claudio H. B. de Resende;Luiz F. Martha;Afonso C. C. Lemonge;Patricia H. Hallak;Jose P. G. Carvalho;Julia C. Motta
Advances in Computational Design
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v.8
no.4
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pp.327-351
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2023
This article explores how multi-objective optimization techniques can be used to design cost-effective and structurally optimal spatial steel structures, highlighting that optimizing performance can be as important as minimizing costs in real-world engineering problems. The study includes the minimization of maximum horizontal displacement, the maximization of the first natural frequency of vibration, the maximization of the critical load factor concerning the first global buckling mode of the structure, and weight minimization as the objectives. Additionally, it outlines a systematic approach to selecting the best design by employing four different evolutionary algorithms based on differential evolution and a multi-criteria decision-making methodology. The paper's contribution lies in its comprehensive consideration of multiple conflicting objectives and its novel approach to simultaneous consideration of bracing system, column orientation, and commercial profiles as design variables.
The demands for small, high performance and high loaded aircraft compressor are increased in the world. But the design requirements become increasingly complex to design these high technical engines, the requirement of the design optimization become increased. The optimal design result of several disciplines show different tendencies and nonlinear characteristics of the compressor design, the multidisciplinary design optimization method must be considered in compressor design. Therefore, the artificial Neural Net method is adapted to make the approximation model of 3-stage axial compressor design optimization for considering the nonlinear characteristic. At last, the optimal result of this study is compared to that of previous study.
Montoya, Miguel Cid;Nieto, Felix;Hernandez, Santiago
Wind and Structures
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v.32
no.4
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pp.355-369
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2021
Shape optimization of tall buildings is an efficient approach to mitigate wind-induced effects. Several studies have demonstrated the potential of shape modifications to improve the building's aerodynamic properties. On the other hand, it is well-known that the cross-section geometry has a direct impact in the floor area availability and subsequently in the building's profitability. Hence, it is of interest for the designers to find the balance between these two design criteria that may require contradictory design strategies. This study proposes a surrogate-based multi-objective optimization framework to tackle this design problem. Closed-form equations provided by the Eurocode are used to obtain the wind-induced responses for several wind directions, seeking to develop an industry-oriented approach. CFD-based surrogates emulate the aerodynamic response of the building cross-section, using as input parameters the cross-section geometry and the wind angle of attack. The definition of the building's modified plan shapes is done adopting the reduced basis approach, advancing the current strategies currently adopted in aerodynamic optimization of civil engineering structures. The multi-objective optimization problem is solved with both the classical weighted Sum Method and the Weighted Min-Max approach, which enables obtaining the complete Pareto front in both convex and non-convex regions. Two application examples are presented in this study to demonstrate the feasibility of the proposed strategy, which permits the identification of Pareto optima from which the designer can choose the most adequate design balancing profitability and occupant comfort.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.12
no.2
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pp.123-130
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2004
The automobile suspension system is composed of parts that affect performances of a vehicle such as ride quality, handling characteristics, straight performance and steering effort, etc. Moreover, by using the finite element analysis the cost for the initial design step can be decreased. In the design of a suspension system, usually system vibration and structural rigidity must be considered simultaneously to satisfy dynamic and static requirements simultaneously. In this paper, we consider the weight reduction and the increase of the first eigen-frequency of a suspension part, the upper control arm, especially using topology optimization and size optimization. Firstly, we obtain the initial design to maximize the first eigen-frequency using topology optimization. Then, we apply the multi-objective parameter optimization method to satisfy both the weight reduction and the increase of the first eigen-frequency. The design variables are varying during the optimization process for the multi-objective. Therefore, we can obtain the deterministic values of the design variables not only to satisfy the terms of variation limits but also to optimize the two design objectives at the same time. Finally, we have executed reliability based optimal design on the upper control arm using the Monte-Carlo method with importance sampling method for the optimal design result with 98% reliability.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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