Jang, Beom-Seon;Kim, Jae Dong;Park, Tae-Yoon;Jeon, Sang Bae
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제11권1호
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pp.82-96
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2019
A semi-submersible structure has been widely used for offshore drilling and production of oil and gas. The small water plane area makes the structure very sensitive to weight increase in terms of payload and stability. Therefore, it is necessary to lighten the substructure from the early design stage. This study aims at an optimization of hull structure based on a sophisticated yield and buckling strength in accordance with classification rules. An in-house strength assessment system is developed to automate the procedure such as a generation of buckling panels, a collection of required panel information, automatic buckling and yield check and so on. The developed system enables an automatic yield and buckling strength check of all panels composing the hull structure at each iteration of the optimization. Design variables are plate thickness and stiffener section profiles. In order to overcome the difficulty of large number of design variables and the computational burden of FE analysis, various methods are proposed. The steepest descent method is selected as the optimization algorithm for an efficient search. For a reduction of the number of design variables and a direct application to practical design, the stiffener section variable is determined by selecting one from a pre-defined standard library. Plate thickness is also discretized at 0.5t interval. The number of FE analysis is reduced by using equations to analytically estimating the stress changes in gradient calculation and line search steps. As an endeavor to robust optimization, the number of design variables to be simultaneously optimized is divided by grouping the scantling variables by the plane. A sequential optimization is performed group by group. As a verification example, a central column of a semi-submersible structure is optimized and compared with a conventional optimization of all design variables at once.
For an efficient sliding mode control system stability and chattering avoidance should be guaranteed. A continuation method using boundary layer is well known as one solution for this. However since not only model uncertainties and disturbances but also control task itself is variable. it is practically impossible to set controller parameters - control discontinuity, control bandwidth, boundary layer thickness - in advance. In this paper first an adaptation law of control discontinuity is introduced to assure system stability and then fuzzy logic based tuning algorithm of design parameters is applied based on monitored performance indices of tracking error, control chattering, and model precision. In the end maximum control bandwidth not exciting unmodeled dynamics and minimum control discontinuity, boundary layer thickness making system stable and free of chattering are found respectively. This eliminates control chattering and enhances control accuracy as much as possible under given control situation. In order to demonstrate the validity of the proposed algorithm safe headway maintenance control for autonomous transportation system is simulated. The control results show that the proposed algorithm guarantees system stability all the time and tunes control parameters consistently and in consequence implements an efficient control in terms of both accuracy and actuator chattering.
Moon S. J.;Lee H. S.;Jun S. C.;Jung T. G.;Ahn S. Y.;Lee H.;Lee S. J.
대한의용생체공학회:의공학회지
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제26권2호
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pp.123-127
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2005
Compression Hip Screw (CHS) is one of the most widely-used prostheses for the treatment of intertrochanteric fractures because of its strong fixation capability. Fractures at the neck and screw holes are frequently noted as some of its clinical drawbacks, which warrant more in-depth biomechanical analysis on its design variables. The purpose of this study was to evaluate changes in the strength with respect to the changes in design such as the plate thickness and the number of screw holes. Both mechanical test and FEM analysis were used to systematically investigate the sensitivities of the above-mentioned design variables. For the first part of the mechanical test, CHS (n=20) were tested until failure. The CHS specimens were classified into four groups: Group Ⅰ was the control group with the neck thickness of 6-㎜ and 5 screw holes on the side plate, Group Ⅱ 6-㎜ thick and 8 holes, Group Ⅲ 7.5-㎜ thick and 5 holes, and Group Ⅳ 7.5-㎜ thick and 8 holes. Then, the fatigue test was done for each group by imparting 50% and 75% of the failure loads for one million cycles. For the FEM analysis, FE models were made for each group. Appropriate loading and boundary conditions were applied based on the failure test results. Stresses were assessed. Mechanical test results indicated that the failure strength increased dramatically by 80% with thicker plate. However, the strength remained unchanged or decreased slightly despite the increase in number of holes. These results indicated the higher sensitivity of plate thickness to the implant strength. No fatigue failures were observed which suggested the implant could withstand at least one million cycles of fatigue load regardless of the design changes. Our FEM results also supported the above results by showing a similar trend in stress as those of mechanical test. In summary, our biomechanical results were able to show that plate thickness could be a more important variable in design for reinforcing the strength of CHS than the number of screw holes.
This paper presents an optimization of the reinforced concrete ribbed slab in terms of minimum CO2 emissions and an economic justification of the final optimal design. The design variables are six geometry variables including the slab thickness, the ribs spacing, the rib width at the lower and toper end, the depth of the rib and the bar diameter of the reinforcement, and the seventh variable defines the concrete strength. The objective function is considered to be the minimum amount of carbon dioxide gas (CO2) emission and at the same time, the optimal design is economical. Seven significant design constraints of American Concrete Institute's Standard were considered. A robust metaheuristic optimization method called improved dolphin echolocation and ant colony optimization (IDEACO) has been used to obtain the best possible answer. At optimal design, the three most important sources of CO2 emissions include concrete, steel reinforcement, and formwork that the contribution of them are 63.72, 32.17, and 4.11 percent respectively. Formwork, concrete, steel reinforcement, and CO2 are the four most important sources of cost with contributions of 67.56, 19.49, 12.44, and 0.51 percent respectively. Results obtained by IDEACO show that cost and CO2 emissions are closely related, so the presented method is a practical solution that was able to reduce the cost and CO2 emissions simultaneously.
Cristutiu, Ionel-Mircea;Nunes, Daniel Luis;Dogariu, Adrian Ioan
Steel and Composite Structures
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제13권3호
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pp.225-238
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2012
Steel structural elements with web-tapered I cross section, are usually made of welded thin plates. Due to the nonrectangular shape of the element, thin web section may be obtained at the maximum cross section height. The buckling strength is directly influenced by lateral restraining, end support and initial imperfections. If no lateral restraints, or when they are not effective enough, the global behaviour of the members is characterized by the lateral torsional mode and interaction with sectional buckling modes may occur. Actual design codes do not provide a practical design approach for this kind of elements. The paper summarizes an experimental study performed by the authors on a relevant number of elements of this type. The purpose of the work was to evaluate the actual behaviour of the web tapered beam-columns when applying different types of lateral restraints and different web thickness.
This paper proposed optimal design and microcontroller driver for driving the thin-type ultrasonic motor. To find the optimal size of the stator, motions of the motor were simulated using ATILA by changing length, width and thickness of the ceramics. Two sinusoidal waves which have 90 degree phase difference were needed for driving the thin-type motor. The thin-type ultrasonic motor driver was composed of microcontroller(Atmega128), push-pull inverter, encoder and AD-converter. Microcontroller generates four square waves which have variable frequency and 25[%] duty ratio in $20{\sim}150$[kHz]. The output signals of microcontroller were converted to sine wave and cosine wave by push-pull inverter and were applied to the thin-type ultrasonic motor. The encoder and AD-converter were used for maintaining speed of the thin-type ultrasonic motor. The AD-converter controlled DC voltage of inverter in accordance with output signal of encoder. Using the driver, characteristics of the motor as speed and torque were measured.
This paper describes the design process of floor damping material optimization to reduce structure borne noise. This process uses finite element analysis(FEA) along with experimental techniques to complement each other. The objective of this approach was to develop an optimized damping material application layout and thickness at the initial design stage. The first step is to find the sensitivity areas of vehicle body without damping material applied using FEA. In order to determine the high vibration areas of the floor panel, the velocity was measured using a scanning laser vibrometer from 20 Hz to 300 Hz. To excite the floor panel vibration, shaker was placed at the front suspension attachment point. The second step is the optimization process to determine the light weight solution of damping material. The design guideline of damping material was suggested that the lightweight solution was verified using test result of road noise. Design engineer could efficiently decide the design variable of damping material using parameter analysis results in early design stage.
최근, 국내에서는 물량절감과 경제성 확보를 목적으로 변단면 부재의 적용이 활발히 이루어지고 있으나 재료비선형을 이용한 설계방법으로는 취성파괴의 문제점에 대한 명확한 해결책을 제시하지 못하고 있으며, 변단면 부재의 초기변형, 폭두께비, 웨브 스티프너, 횡지지 거리등에 관한 연구가 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 기존에 연구된 이론식과 재료 및 기하 비선형 해석으로 신뢰성이 입증된 범용 유한요소 해석 프로그램인 ANSYS 9.0을 이용하여 춤이 큰 변단면 H형 보의 해석 모델을 완성하고 실험결과를 바탕으로 판-폭두께비와 비지지거리를 주요변수로 좌굴 및 극한내력을 평가하여, 웨브의 판폭두께비가 클 경우 좌굴내력이 감소하며, 횡 비지지 거리를 짧게 할 경우 연성능력을 향상시킬수 있음을 확인 하였다.
This paper describes a research work on the development of computer-aided design system for deep drawing & ironing of a high pressure vessel. An approach to the system is based on the knowledge-based rules. Knowledge for the system is formulated from plasticity theories, handbook, experimental results and empirical knowledge of field experts. An attempt is made to link programs incorporating a number of expert design rules with the process variables obtained by commercial FEM software, DEFORM and ANSYS, to form a useful package. It is composed of five main modules, which are calculation of product thickness, input, production feasibility check, process planning, and autofrettage process modules and two submodules, which are folding check and process variable verification submodules. Programs for the system have been written in AutoLISP on the AutoCAD 2000 using personal computer. The developed system makes it possible to design and manufacture large high pressure vessel requiring D.D.I. process more efficiently.
In this paper, a shape optimization technique is applied to design of an air-conditioner mounting bracket. The mounting bracket is a structural component of an engine, on which bolts attach an air-conditioner compressor. The air-conditioner mounting bracket has a large portion of weight among the engine components. To reduce weight of the bracket, the shape is optimized using a finite element software. The compressor assembly, composed of a compressor and a bracket is modeled using finite elements. An objective function for the shape optimization of the bracket is the weight of the bracket. Two design constraints on the bracket are the first resonant frequency of the compressor assembly and the fatigue life of the bracket. The design variables are the shape of the bracket including thickness profiles of the front and back surfaces of the bracket, radius of outer bolt-holes, and side edge profiles. The coordinates of the FE nodes control the shape parameters. Optimal shapes of the bracket are obtained by using SOL200 of MSC/NASTRAN.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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