This paper proposes an efficient approach for the structural topology optimization of bi-directional functionally graded structures by incorporating popular radial basis functions (RBFs) into an implicit level set (ILS) method. Compared to traditional element density-based methods, a level set (LS) description of material boundaries produces a smoother boundary description of the design. The paper develops RBF implicit modeling with multiquadric (MQ) splines, thin-plate spline (TPS), exponential spline (ES), and Gaussians (GS) to define the ILS function with high accuracy and smoothness. The optimization problem is formulated by considering RBF-based nodal densities as design variables and minimizing the compliance objective function. A LS-RBF optimization method is proposed to transform a Hamilton-Jacobi partial differential equation (PDE) into a system of coupled non-linear ordinary differential equations (ODEs) over the entire design domain using a collocation formulation of the method of lines design variables. The paper presents detailed mathematical expressions for BiDFG beams topology optimization with two different material models: continuum functionally graded (CFG) and mechanical functionally graded (MFG). Several numerical examples are presented to verify the method's efficiency, reliability, and success in accuracy, convergence speed, and insensitivity to initial designs in the topology optimization of two-dimensional (2D) structures. Overall, the paper presents a novel and efficient approach to topology optimization that can handle bi-directional functionally graded structures with complex geometries.
A parallelized topology design optimization method is developed on a distributed memory system. The parallelization is based on a domain decomposition method and a boundary communication scheme. For the finite element analysis of structural responses and design sensitivities, the PCG method based on a Krylov iterative scheme is employed. Also a parallelized optimization method of optimality criteria is used to solve large-scale topology optimization problems. Through several numerical examples, the developed method shows efficient and acceptable topology optimization results for the large-scale problems.
The design of multi-domain that considers all components of the electromagnetic systems such as air, iron, magnet, and coil is investigated using the topology optimization, interpolation method, and FEM. The design sensitivity equation for the topology optimization is derived using the adjoint variable method and the continuum approach. The proposed method is applied to the topology optimization of C-core actuator.
본 논문에서는 다양한 네트워크의 통합관리를 위한 네트워크토폴로지를 설계하는 방법을 제안한다. 이를 위해 TMN-DCN 디바이스를 정의하고 이를 주요요소로 이용하기로 한다. 이 때 관리정보량이 주요변수가 된다. 또한 네트워크 관리특성의 주요요소로 떠오르는 네트워크 서바이벌특성이 포함되는 네트워크 토폴로지의 간단한 설계방법을 제안한다. 이들 방법은 링크비용을 최소로 하면서 전체 트래픽 량을 지원할 수 있다. 실제 설계 예를 통하여 그 결과를 확인한다. 설계방법이 간단하게 제안 되었지만 서바이벌 특성구현과 관리 네트워크설계에 관한 보편적으로 적용할 수 있는 최적의 설계알고리듬이 존재하지 않기에 본 논문에서 제안된 설계방법이 실제 관리망의 구축 시 활용될 수 있다.
Photovoltaic (PV) panels are used in high-rise buildings to convert solar energy to electricity. Due to the considerable energy consumption of high-rise buildings, applying PV technology is of great significance to energy saving. In the application of PV panels, one of the most important construction issues is the connection of the PV panel with the main structures. One major difficulty of the connection design is that the PV panel connection consists of two separate components with coupling and indeterminate dimension. In this paper, the gap element is employed in these two separated but coupled components, i.e., hook and catch. Topology optimization is applied to optimize and design the cross-section of the PV panel connection. Pareto optimization is conducted to operate the optimization subject to multiple load scenarios. The initial design for the topology optimization is determined by the common design specified by the Technical Code for Glass Curtain Wall Engineering (JGJ 102-2003). Gravity and wind load scenarios are considered for the optimization and numerical analysis. Post analysis is conducted for the optimal design obtained by the topology optimization due to the manufactory requirements. Generally, compared with the conventional design, the optimized connector reduces material use with improved structural characteristics.
Topology optimization is applied to determine the layout of a structure whose eigenfrequency coincides with a specified frequency. The topology optimization problem is formulated to minimize the difference between the structural frequency and a given frequency using the homogenization method and the modified optimality criteria method. It turns out that the value of a weighting factor in the updating scheme plays an important role to achieve both a suitable speed and a stable convergence of an algorithm. Unlike a constant weighting factor in previous works, it is suggested that a weight factor is varied during the iteration to control the amount of the frequency change. To substantiate the proposed approach two-dimensional structural design problems are presented and the resulted topology layouts for the specified eigenfrequency are compared to layouts for maximizing the corresponding eigenfrequency.
Compressors are the main source of noise of refrigerators and air-conditioning unit. Recent studies on the sound propagation of rotary compressors showed that the accumulator is a significant source of noise generation. This paper describes a design change of a rotary compressor for noise reduction using topology optimization. Topology optimization has been developed and used to find the most effective structural configuration in the early stage of design procedures. FE model of the rotary compressor composed of all the components is built for the topology optimization. Topology optimization results show that the empirical design for the present structure fail to constrain some resonance modes and a new component is required.
Electric-thermal-structural actuated compliant mechanisms are mechanisms onto which electric voltage drop is applied as input instead of force. This mechanism is based on thermal expansion of material while being heated. Compliant mechanisms are designed subjected to electric charge input using BESO(bi-directional evolutionary structural optimization) method. Reliability-based topology optimization (RBTO) is applied to the topology design of actuators. performance measure approach (PMA), which has probabilistic constraints that are formulated in terms of the reliability index, is adopted to evaluate the probabilistic constraints. In this study, BESO method is used to obtain optimal topology of compliant mechanisms from initial design domain. PMA approach is used to evaluate reliability index. The procedure has been tested in numerical applications and compared with the results obtained by other methods to validate these approaches.
It is well known that the topology optimization for plastic problem is not easy since the iterative analyses to evaluate the objective and cost function with respect to the design variation are very time-consuming. The finite element limit analysis is an efficient tool which is possible to predict collapse modes and sequential collapse loads of a structure considering not only large deformation but also plastic material behavior with moderate computing cost. In this paper, the optimum topology of a structure considering large and plastic deformation is obtained using the finite element limit analysis. To verify the constructed optimization code, topology optimizations of some typical problems are performed and the optimal topologies by elastic design and plastic design are compared.
Topology optimization of improved passive shock isolator by controlling its force-deflection relation is proposed. And the final design which is optimized using topology optimization is obtained using shape optimization. The proposed methods are applied to a numerical example using two dimensional-axisymmetric condition. And the performance of finally optimized design is verified through transient analysis using LS-DYNA. The ballistic shock isolator model is developed as a result of topology optimization. The optimized design has more improved shock absorbing capability comparing to the linear shock isolator by about 20%.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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