The main purpose of this study is to investigate the performance of the proposed hybrid teaching-learning based optimization algorithm on the optimum design of reinforced concrete (RC) cantilever retaining walls. For this purpose, three different design examples are optimized with 100 independent runs considering continuous and discrete variables. In order to determine the algorithm performance, the optimization results were compared with the outcomes of the nine powerful meta-heuristic algorithms applied to this problem, previously: the big bang-big crunch (BB-BC), the biogeography based optimization (BBO), the flower pollination (FPA), the grey wolf optimization (GWO), the harmony search (HS), the particle swarm optimization (PSO), the teaching-learning based optimization (TLBO), the jaya (JA), and Rao-3 algorithms. Moreover, Rao-1 and Rao-2 algorithms are applied to this design problem for the first time. The objective function is defined as minimizing the total material and labor costs including concrete, steel, and formwork per unit length of the cantilever retaining walls subjected to the requirements of the American Concrete Institute (ACI 318-05). Furthermore, the effects of peak ground acceleration value on minimum total cost is investigated using various stem height, surcharge loads, and backfill slope angle. Finally, the most robust results were obtained by HTLBO with 50 populations. Consequently the optimization results show that, depending on the increase in PGA value, the optimum cost of RC cantilever retaining walls increases smoothly with the stem height but increases rapidly with the surcharge loads and backfill slope angle.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.10
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pp.1279-1289
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2013
In recent times, turbomolecular pumps (TMPs) have been used frequently to generate and maintain high and clean vacuum. Because of the high-speed rotation of the rotor, its structural safety should be treated as the first design concern. This paper presents the structural analysis and optimization of rotor blades of a TMP. To increase the numerical efficiency in the finite element modeling and analysis, the P-method provided in Pro/ENGINEER was used for simulation. The structural responses for several types of rotor blades were investigated, and the effects of the blade angle, blade length, and round size are thoroughly studied for each type of TMP blade. In addition, structural optimization to reduce and even the maximum stress at each stage of the TMP by changing the size of rounds between the blade and the hub was performed very successfully by using the P-method.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.3
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pp.22-30
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2017
This paper presents the research results of a light weight through topology optimization and structural safety evaluation through structural analysis of a pressure system structure installed in an off-shore plant. Conducting a structure design according to the wind load and the dynamic load at sea in addition to a self-load and structure stability evaluation are very important for structures installed in off-shore plants. In this study, the wind and dynamic load conditions according to the DNV classification rule was applied to the analysis. The topology optimization method was applied to the structure to obtain a lightweight shape. Phase optimization analysis confirmed the stress concentration portion. Topology optimization analysis takes the shape by removing unnecessary elements in the design that have been designed to form a rib shape. Based on the analysis results about the light weight optimal shape, a safety evaluation through structural analysis and suitability of the shape was conducted. This study suggests a design and safety evaluation of an off-shore plant structure that is difficult for structural safety evaluations using an actual test.
Many structural optimization problems are solved by numerical algorithms since these are complicated and nonlinear. To provide a wider base and popular it to structual design optimization, reliable, accurate and superlinearly convergent nonlinear programming algorithm with active-set strategy have been developed. One of these is RQP(recursive quadratic programming method). This algorithm has several parameters and its performance is influenced by variations of these key parameters. Therefore, an RQP algorithm is selected to enhance its numerical performances by choosing proper parameters. The paper persents these influences on its numerical performance. For comparison of performances, a structural design software for minimum weight of truss subjected to displacement, stress, and lower and upper bounds on design variables is also implemented.
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.7
no.1
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pp.27-33
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2002
MDO(Multidisciplinary Design Optimization) methodology is a new technology to solve a complicate design problem with a large number of design variables and constraints. The design of a dental implant system is a typical complicate problem, and so it requires the MDO methodology. Actually, several analyses such as rigid body dynamic analysis and structural stress analysis etc. should be carried out in the MDO methodology application to the design of a dental implant system. In this paper, as a first step of MDO methodology application to the design of a dental implant system, the impact force which is applied on the tooth in masticating is calculated through the rigid body dynamic analysis of upper and lower jaw-bones. This analysis is done using ADAMS. The impact force calculated through the rigid body dynamic analysis can be used for the structural stress analysis of a dental implant system which is needed for the design of a dental implant system. In addition, the rigid body dynamic analysis results also show that the impact time decreases as the impact force increases, the largest impact force occurs on the front tooth, and the impact force is almost normal to the tooth surface with a slight tangential force.
In this article, a simple and robust multi-objective assessment method to control design angles and node positions connected among steel outrigger truss members is proposed to approve both structural safety and economical cost. For given outrigger member layouts, the present method utilizes general-purpose prototypes of outrigger members, having resistance to withstand lateral load effects directly applied to tall buildings, which conform to variable connecting node and design space deposition. Outrigger layouts are set into several initial design conditions of height to width of an arbitrary given design space, i.e., variable design space. And then they are assessed in terms of a proposed multi-objective function optimizing both minimal total displacement and material quantity subjected to design impact factor indicating the importance of objectives. To evaluate the proposed multi-objective function, an analysis model uses a modified Maxwell-Mohr method, and an optimization model is defined by a ground structure assuming arbitrary discrete straight members. It provides a new robust assessment model from a local design point of view, as it may produce specific optimal prototypes of outrigger layouts corresponding to arbitrary height and width ratio of design space. Numerical examples verify the validity and robustness of the present assessment method for controlling prototypes of outrigger truss members considering a multi-objective optimization achieving structural safety and material cost.
This research presents a structural design of high-level waste (HLW) container using ultra-high performance fiber reinforced concrete (UHP-FRC) material. The proposed design aims to overcome the drawbacks of the existing concrete containers which are heavy, difficult to fabricate, and expensive. In this study, the dry storage container (DSC) that commonly used at Canadian Nuclear facilities is selected to present the proposed design. The design has been performed such that the new UHP-FRC alternative has a structural stiffness equivalent to the existing steel-concrete-steel container under various loading scenarios. Size optimization technique is used with the aim of maximizing stiffness, and minimizing the cost while satisfying both the design stresses and construction requirements. Then, the integrity of the new design has been evaluated against accidental drop-impact events based on realistic drop scenarios. The optimization results showed: the stiffness of the UHP-FRC container (300 mm wall thick) is being in the range of 1.35-1.75 times the stiffness of existing DSC (550 mm wall thick). The use of UHP-FRC leads to decrease the container weight by more than 60%. The UHP-FRC container showed a significant enhancement in performance in comparison to the existing DSC design under considered accidental drop impact scenarios.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1994.04a
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pp.38-45
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1994
The general conceptual constitution of structural optimization is formulated. The algorithm using the gradient projection method and design sensitivity analysis is discussed. Examples of minimum-weight design for six-story steel plane frame are taken to illustrate the application of this algorithm. The advantages of this algorithm such as marginal cost and design sensitivity analysis as well as system analysis are explained.
Reinforced concrete deep beams have useful applications in tall buildings and foundations. Over the past two decades, numerous design models for deep beams were suggested. However even the latest design manuals still offer little insight into the design of deep beams in particular when complexities exist in the beams like web openings. A method commonly suggested for the design of deep beams with openings is the strut-and-tie model which is primarily used to represent the actual load transfer mechanism in a structural concrete member under ultimate load. In the present study, the development of the strut-and-tie model is transformed to the topology optimization problem of continuum structures. During the optimization process, both the stress and displacement constraints are satisfied and the performance of progressive topologies is evaluated. The influences on the strut-and-tie model in relation to different size, location and number of openings, as well as different loading and support conditions in deep beams are examined in some detail. In all, eleven deep beams with web openings are optimized and compared in nine groups. The optimal strut-and-tie models achieved are also compared with published experimental crack patterns. Numerical results have shown to confirm the experimental observations and to efficiently represent the load transfer mechanism in concrete deep beams with openings under ultimate load.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.2
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pp.65-71
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2022
Recently, multi-material structural topology optimization is more critical because it provides reasonable solution to weight reduction challenges and can as well provide effective conceptual design. For conventional multi-material topology optimization (MMTO), the number of design variable increases when the number of candidate materials increases, and accordingly, a significant increase in computational time occurs. Therefore, MMTO with a single design variable, such as the phase section method (PSM) was proposed. This research is focused on improving the PSM, considering three major limitations: the composition ratio does not represent the area or volume ratio, design variables are not sufficiently concentrated to target values, and certain materials are created less than they are required. To address such limitations, the redefined composition ratio and adjusted parameters for better convergence are proposed. The validation of proposed modifications is verified via two- and three-dimensional numerical examples.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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