This paper presents a method to apply the linear goal programming, which has rarely been used to the structural opimization problem due to its unique formulation, to large scale nonlinear structural optimization. The method can be used as a multicriteria optimization tool since goal programming removes the difficulty in defining an objective function and constraints. The method uses the finite element analysis, linear goal programming techniques and successive linearization to obtain the solution for the nonlinear goal optimization problems. The general formulation of the structural optimization problem into a nonlinear goal programming form is presented. The successive linearization method for the nonlinear goal optimization problem is discussed. To demonstrate the validity of the method, as a design tool, the minimum weight structural optimization problems with stress constraints are solved for the cases of 10, 25 and 200 trusses and compared with the results of the other works.
Recently, more and more steel-deck structural system for two story roads has been adopted as a solution against traffic congestion in urban area, mainly because of fast construction, reduced self-weight, higher stiffness and efficient erection compared to that of concrete decks. The main objective is to study on the unit-elective optimal type and proportioning of a rational steel-deck system for two story roads using an optimum design program specifically developed for steel-deck systems. The objective function for the optimization is formulated as a minimum cost design problem. The behavior and design constraints are formulated based on the ASD(Allowable Stress Design) criteria of the Korean Bridge Design Code. The optimum design program developed in this study consists of two steps - the first step for the optimization of the steel box or plate girder viaducts, and the second step for the optimum design of the steel-decks with closed or open ribs. A grid model is used as a structural analysis model for the optimization of the main girder system, while the analysis of the deck system is based on the Pelican-Esslinger method. The SQP(Sequential Quadratic Programming) is used as the optimization technique for the constrained optimization problem. By using a set of application examples, the rational type related to the optimized steel-deck system designs is investigated by comparing the cost effectiveness of each type. Based on the results of the investigation it may be concluded that the optimal linear box girder and deck system with closed ribs may be utilized as one of the most rational and economical viaducts in the construction of two-story roads.
This paper deals with the multi-objective optimization of tire reinforcement structures such as the tread belt and the carcass path. The multi-objective functions are defined in terms of the discrete-type design variables and approximated by artificial neutral network, and the sensitivity analyses of these functions are replaced with the iterative genetic evolution. The multi-objective optimization algorithm introduced in this paper is not only highly CPU-time-efficient but it can also be applicable to other multi-objective optimization problems in which the objective function, the design variables and the constraints are not continuous but discrete. Through the illustrative numerical experiments, the fiber-reinforced tire belt structure is optimally tailored. The proposed multi-objective optimization algorithm is not limited to the tire reinforcement structure, but it can be applicable to the generalized multi-objective structural optimization problems in various engineering applications.
The goal of this study is to investigate computational convergence of optimal solutions, with respect to optimality criteria (OC) method and methods of moving asymptotes (MMA) as optimization model for non-linear programming of material topology optimization using an acceleration method that makes design variables rapidly move toward almost 0 and 1 values. 99 line topology optimization MATLAB code uses loop vectorization and memory pre-allocation as properly exploiting the strengths of MATLAB and moves portions of code out of the optimization loop so that they are only executed once as restructuring the program. Numerical examples of a simple beam under a lateral load and a given material density limitation provide merits and demerits of the present OC and MMA for 99 line topology optimization code of continuous material topology optimization design.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.1
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pp.112-123
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1997
The optimization techniques have been applied to versatile engineering problems for reducing manufacturing cost and for automatic design. The deterministic approaches or op5imization neglect the effects on uncertainties of design variables. The uncertainties include variation or perturbation such as tolerance band. The optimum may be useless when the constraints considering worst cases of design variables can not be satisfied, which results from constraint variation. The variation of design variables can also give rise to drastic change of performances. The two issues are related to constraint feasibility and insensitive performance. Robust design suggested in the present study is developed to gain an optimum insensitive to variation on design variables within feasible region. The multiobjective function is composed to the mean and the standard deviation of original objective function, while the constraints are supplemented by adding penalty term to original constraints. This method has a advantage that the second derivatives of the constraints are not required. A mathematical problem and several standard problems for structural optimization are solved to check out the usefulness of the suggested method.
In this study, two common types of laterally supported castellated beams are considered as design problems: beams with hexagonal openings and beams with circular openings. The main goal of manufacturing these beams is to increase the moment of inertia and section modulus, which results in greater strength and rigidity. These types of open-web beams have found widespread use, primarily in buildings, because of great savings in materials and construction costs. Hence, the minimum cost is taken as the design objective function and the Colliding Bodies Optimization (CBO) method is utilized for obtaining the solution of the design problem. The design methods used in this study are consistent with BS5950 Part 1 and Part 3, and Euro Code 3. A number of design examples are considered to optimize by CBO algorithm. Comparison of the optimal solution of the CBO algorithm with those of the Enhanced Charged System Search (ECSS) method demonstrate the capability of CBO in solving the present type of design problem. It is also observed that optimization results obtained by the CBO algorithm for three design examples have less cost in comparison to the results of the ECSS algorithm. From the results obtained in this paper, it can be concluded that the use of beam with hexagonal opening requires smaller amount of steel material and it is superior to the cellular beam from the cost point of view.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.21
no.4
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pp.100-106
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2022
Topology optimization is applied for the optimal design of various products to ensure weight reduction and productivity improvement. Reducing the weight of the mold while maintaining its rigidity can ensure shortening of the production cycle, stabilization of the mold temperature, and reduction of mold material costs. In this study, a topology optimization technique was applied to the optimal design of the injection mold, and a topology-optimized model of the mold was obtained. First, the injection mold for the square specimens was modeled. Subsequently, a structural analysis was performed by implementing a load condition generated during the injection molding process. Topology optimization was performed based on the structural analysis results, and the models of the initial and topology-optimized designs were manufactured at 1/4 magnification using a 3D printer. Consequently, compared with the existing model, the weight of the topology-optimized model decreased by 9.8%, and the manufacturing time decreased by 7.61%.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.1
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pp.48-54
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2004
Generally, structural optimization is carried out based on external static loads. All forces have dynamic characteristics in the real world. Mathematical optimization with dynamic loads is extremely difficult in a large-scale problem due to the behaviors in the time domain. In practical applications, it is customary to transform the dynamic loads into static loads by dynamic factors, design codes, and etc. But the optimization results with the unreasonably transformed loads cannot give us good solutions. Recently, a systematic transformation has been proposed as an engineering algorithm. Equivalent static loads are made to generate the same displacement field as the one from dynamic loads at each time step of dynamic analysis. Thus, many load cases are used as the multiple loading conditions which are not costly to include in modem structural optimization. In this research, the proposed algorithm is applied to the optimization of flexible multibody dynamic systems. The equivalent static load is derived from the equations of motion of a flexible multibody dynamic system. A few examples that have been solved before are solved to be compared with the results from the proposed algorithm.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.5
no.4
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pp.48-69
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1997
The use of advanced composite materials in many engineering structures has steadily increased during the last decade. Advanced composite materials allow the design engineer to tailor the directional stiffness and the strength of materials as required for the structures. Design variables to the design engineer include multiple material systems. ply orientation, ply thickness, stacking sequence and boundary conditions, in addition to overall structural design parameters. Since the vibration and impact strength of composite cylindrical shell is an important consideration for composite structures design, the reliable prediction method and design methodology should be required. In this study, the optimum design of composite cylindrical shell for maximum natural frequency, buckling strength and impact strength are developed by analytic and numerical method. The effect of parameters such as the various composite material orthotropic properties (CFRP, GFRP, KFRP, Al-CFRP hybrid), the stacking sequences, the shell thickness, and the boundary conditions on structural characteristics are studied extensively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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