In this paper, a topology optimization method based on the element independent nodal density (EIND) is developed for continuum solids with multiple load cases and multiple constraints. The optimization problem is formulated ad minimizing the volume subject to displacement constraints. Nodal densities of the finite element mesh are used a the design variable. The nodal densities are interpolated into any point in the design domain by the Shepard interpolation scheme and the Heaviside function. Without using additional constraints (such ad the filtering technique), mesh-independent, checkerboard-free, distinct optimal topology can be obtained. Adopting the rational approximation for material properties (RAMP), the topology optimization procedure is implemented using a solid isotropic material with penalization (SIMP) method and a dual programming optimization algorithm. The computational efficiency is greatly improved by multithread parallel computing with OpenMP to run parallel programs for the shared-memory model of parallel computation. Finally, several examples are presented to demonstrate the effectiveness of the developed techniques.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.28
no.2
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pp.307-317
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1991
A displacement-based finite element method is presented for the geometrically nonlinear analysis of eccentrically stiffened plates. The nonlinear degenerated shell and eccentric isobeam(isoparametric beam) elements are formulated on the basis of total Lagrangian and updated Lagrangian descriptions. To describe the stiffener's local plate buckling mode, some additional local degrees of freedom are used in the eccentric isobeam element. The eccentric isobeam element can be affectively employed to model the eccentric stiffener just like the case of the degenerated shell element. A detailed nonlinear analysis including the effects of stiffener's eccentricity is performed to estimate the critical load and the post buckling behaviour of an eccentrically stiffened plate. The critical buckling loads are found higher than analytic plate buckling load but lower than Euler buckling load which are the buckling strength requirements of classification society.
Journal of the Korean Institute of Telematics and Electronics
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v.12
no.5
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pp.12-18
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1975
Triac phase controlled pre-regulator를 이용한 직류안정화전원에서 제어소자 전력소모를 촤소로 줄이기 위하여, 부하전류의 증가에 따라 제어소자 양단전압을 낮추어 주는 회로를 고안하여 부가하였다. 이렇게 하므로써 제어소자의 전력소모가 약 40%정도 감소되어 방열장치가 간단해지거나 전력용량을 증가할 수 있게 되었으며 열발산이 곤란한 monolithic I.C.화에 유용하도록 하였다. A method on minimizing the power dissipation in the control element of a series D.C. voltage regutator is devised. An additional control circuit which reduces the average voltage drop across the control element according to increasing the load current is attached :o the trial phase controlled pre-regulator system. It is verified that the power dissipation in the control element is reduced up to 40% by this. circuit arrangement. The heat sink system can be simplified and the capacity of tile handling power is also increased. It is expected that this circuit arrangement can be applied to I.C. fabrication.
Rezaiee-Pajand, Mohammad;Masoodi, Amir R.;Rajabzadeh-Safaei, Niloofar
Steel and Composite Structures
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v.30
no.6
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pp.493-516
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2019
This paper is dedicated to nonlinear static and free vibration analysis of Uniform Distributed Carbon Nanotube Reinforced Composite (UD-CNTRC) structures under in-plane loading. The authors have suggested an efficient six-node triangular element. Mixed Interpolation of Tensorial Components (MITC) approach is employed to alleviate the membrane locking phenomena. Moreover, the behavior of the well-known LST element is considerably improved by applying an additional linear interpolation on the strain fields. Based on the rule of mixture, the properties of CNTRC are obtained. In this study, only the uniform distributed CNTs are employed through the thickness direction of element. To achieve the natural frequencies and shape modes, the eigenvalue problem is also solved. Using Total Lagrangian Principles, large amplitude free vibration is considered based on the first normalized mode shape of structure. Different well-known plane problem benchmarks and some proposed ones are studied to validate the accuracy and capability of authors' formulations. In addition, the effects of length to the height ratio of beam, CNT's characteristics, support conditions and normalized amplitude parameter on the linear and nonlinear vibration parameters are investigated.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.10
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pp.87-97
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2020
In general, tires require various sensors and power supply devices, such as batteries, to obtain information such as pressure, temperature, acceleration, and the friction coefficient between the tire and the road in real time. However, these sensors have a size limitation because they are mounted on a tire, and their batteries have limited usability due to short replacement cycles, leading to additional replacement costs. Therefore, vibration energy harvesting technology, which converts the dynamic strain energy generated from the tire into electrical energy and then stores the energy in a power supply, is advantageous. In this study, the output voltage and power generated from piezoelectric elements are predicted through finite element analysis under static state and transient state conditions, taking into account the dynamic characteristics of tires. First, the tire and piezoelectric elements are created as a finite element model and then the natural frequency and mode shapes are identified through modal analysis. Next, in the static state, with the piezoelectric element attached to the inside of the tire, the voltage distribution at the contact surface between the tire and the road is examined. Lastly, in the transient state, with the tire rotating at the speeds of 30 km/h and 50 km/h, the output voltage and power characteristics of the piezoelectric elements attached to four locations inside the tire are evaluated.
As the first step of risk management, risk identification is inevitable to understand the degree of work safety. However, the safety requirements can be divided in necessary factors and additional factors. Thus, we propose a safety requirements assessment model using Kano model derived from Herzberg's two-factor theory, classifying safety requirements into ideal elements and must-be elements. The Kano model is usually applied to evaluate customer satisfaction divided into three major requirements in the fields of product development and marketing: attractive, must-be, and one-dimensional requirements. Among them, attractive requirement and must-be requirement are matched with ideal element and must-be element for safety requirement classification, respectively. The ideal element is defined as preventive safety elements to make systems more safe and the must-be element is referred to as fatal elements to be essentially eliminated in systems. Also, coefficients of safety measurement and safety prevention are developed to classify different class of safety requirements. The positioning map is finally visualized in terms of both coefficients to compare the different features. Consequently, the proposed model enables safety managers to make a decision between safety measurement and prevention.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.1
s.232
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pp.107-114
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2005
In order to analyze the elastic-plastic fracture behavior of a structure, the fracture resistance curve of the material should be known first. The standard CT specimen was used to obtain the fracture resistance curves of a piping system. However, it is known that the fracture resistance curve by the standard CT specimen is very conservative to evaluate the integrity of a structure. Also the fracture resistance curve is effected by the specimen geometry and the dimensions because of the constraint effect. The objective of this paper is to be certain the conservativeness of the fracture resistance curve by the standard CT specimen and to provide an additional safety margin. For these, the fracture tests using a real pipe specimen and the standard CT specimen test were performed. A 4-point bending jig was manufactured for the pipe test and the direct current potential drop method was used to measure the crack extension and the length for the pipe test. Also finite element analyses were performed with a CT specimen and a pipe in order to prove the additional safety margin. From the result of tests and analyses of the pipe and the standard CT specimen, it was observed that the fracture analysis with the standard CT specimen is conservative and the additional safety margin was proved.
Fang Xu;Wuming Leng;Xi Ai;Hossein Moayedi;Qishu Zhang;Xinyu Ye
Smart Structures and Systems
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v.31
no.5
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pp.517-529
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2023
Using a device composed of two lateral pressure plates (LPPs) and a steel reinforcement bar to apply horizontal pressure on slope surfaces, a newly developed prestress-reinforced embankment (PRE) is proposed, to which can be adopted in strengthening railway subgrades. In this study, an analytical model, which is available of calculating additional confining stress (σH) at any point in a PRE, was established based on the theory of elasticity. In addition, to verify the proposed analytical model, three dimensional (3D) finite element analyses were conducted and the feasibility in application was also identified and discussed. In order to study the performance of the PRE, the propagation of σH in a PRE was analyzed and discussed based on the analytical model. For the aim of convenience in application, calculation charts were developed in terms of three dimensionless parameters, and they can be used to accurately and efficiently predict the σH in a PRE regardless of the embankment slope ratio and LPP side length ratio. Finally, the potential applications of the proposed analytical model were discussed.
The theoretical method is developed to investigate the vibration characteristics of the combined cylindrical shells with an annular plate joined to the shell at any arbitrary axial position. The structural rotational coupling between shell and plate is simulated using the rotational artificial spring. For the translational coupling, the continuity conditions for the displacements of shell and plate are used. For the uncoupled annular plate, the transverse motion is considered and the in-plane motions are not. And the additional transverse and in-plane motions of the coupled annular plate by shell deformation are considered in analysis. Theoretical formulations are based on Love's thin shell theory. The frequency equation of the combined shell with an annular plate is derived using the Rayleigh-Ritz approach. The effect of inner-to-outer radius ratio, axial position and thickness of annular plate on vibration characteristics of combined cylindrical shells is studied. To demonstrate the validity of present theoretical method, the finite element analysis is performed.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.11a
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pp.1218-1223
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2007
In this study, we experimentally investigate the equivalent ring theory for a slightly asymmetric ring. The slightly asymmetric ring has mode pair and frequency pair due to the small asymmetry and this mode pair generates beat in vibration and sound. In this paper, a slightly asymmetric ring is modeled as the equivalent ring, i.e., the assemblage of a symmetric ring and imperfect point masses. The equivalent ring has the same mode pair condition as that of the original asymmetric ring. Effect of the additional mass attachment is investigated by the equivalent ring theory and the result is compared with those of the measurement and the finite element analysis. It is confirmed that the original ring and the equivalent ring show the same change in frequency and mode under the various additional imperfection mass conditions. The equivalent ring theory explains how the asymmetric elements influence the mode characteristics and provides useful information to tune the beat property.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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