Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.13
no.1
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pp.87-95
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2000
The two eigenvalues (elastic critical load and natural frequency of lateral vibration) of sinusoidally tapered bats with simply supported ends were determined by the finite element method. For the convenience of structural engineers who are engaged in the structural design or vibration analysis of tapered beam-columns, eigenvalue coefficients were expressed by simple algebraic equations. The validity of each algebraic equation was confirmed by the value of unity for each correlation coefficient. The influence of axial thrust on the lateral vibration frequency was also investigated. For this purpose, the axial thrust was increased successively and the corresponding frequency was calculated. The approximate linear relationship between the axial thrust and the square of the frequency was confirmed lot each of the tapered members.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.20
no.5
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pp.85-95
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2021
Structure design sensitivity was evaluated using the orthogonal array experimental method for passive-type deck support frame (DSF) developed for float-over installation of the offshore plant. Moreover, approximation characteristics were also reviewed based on various meta-models. The minimum weight design of the DSF is significantly important for securing both maneuvering performance and buoyancy of a ship equipped with the DSF and guaranteeing structural design safety. The performance strength of the passive type DSF was evaluated through structure analysis based on the finite element method. The thickness of main structure members was applied to design factors, and output responses were considered structure weight and strength performances. Quantitative effects on the output responses for each design factor were evaluated using the orthogonal array experimental method and analysis of variance. The optimum design case was also identified from the orthogonal array experiment results. Various meta-models, such as Chebyshev orthogonal polynomial, Kriging, response surface method, and radial basis function-based neural network, were generated from the orthogonal array experiment results. The results of the orthogonal array experiment were validated using the meta-modeling results. It was found that the radial basis function-based neural network among the meta-models could approximate the design space of the passive type DSF with the highest accuracy.
In the preliminary design stage of an RC 3D-frame, repeated sequential analyses to determine optimal members' sizes and the investigation of the parameters required to minimize the differential column shortening are computational effort consuming, especially when considering various types of loads such as dead load, temperature action, time dependent effects, construction and live loads. Because the desired accuracy at this stage does not justify such luxury, two backpropagation feedforward artificial neural networks have been proposed in order to approximate this information. Instead of using a commercial software package, many references providing advanced principles have been considered to code a program and generate these neural networks. The first one predicts the typical amount of time between two phases, needed to achieve the minimum maximorum differential column shortening. The other network aims to prognosticate sequential analysis results from those of the simultaneous analysis. After the training stages, testing procedures have been carried out in order to ensure the generalization ability of these respective systems. Numerical cases are studied in order to find out how good these ANN match with the sequential finite element analysis. Comparison reveals an acceptable fit, enabling these systems to be safely used in the preliminary design stage.
Despite the rapid advancement in computing resources, many real-life design and optimization problems in structural engineering involve huge computation costs. To counter such challenges, approximate models are often used as surrogates for the highly accurate but time intensive finite element models. In this paper, surrogates for first-order shear deformation based finite element models are built using a polynomial regression approach. Using statistical techniques like Box-Cox transformation and ANOVA, the effectiveness of the surrogates is enhanced. The accuracy of the surrogate models is evaluated using statistical metrics like $R^2$, $R^2{_{adj}}$, $R^2{_{pred}}$ and $Q^2{_{F3}}$. By combining these surrogates with nature-inspired multi-criteria decision-making algorithms, namely multi-objective genetic algorithm (MOGA) and multi-objective particle swarm optimization (MOPSO), the optimal combination of various design variables to simultaneously maximize fundamental frequency and frequency separation is predicted. It is seen that the proposed approach is simple, effective and good at inexpensively producing a host of optimal solutions.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.14
no.5
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pp.1356-1364
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1990
This paper deals with the preliminary design conditions of Stirling Engines based on an adiabatic analysis with regenerator effectiveness. The investigation of thermal regeneration process results that the definition of effectiveness proposed by Urieli et al. is appropriate for the present model. Then, it is applied to the already existing approximate analytic solution for the adiabatic model in order to optimize thermal efficiency as well as work parameter. Results show that thermal efficiency is less sensitive to the variation in design parameters than work. Phase angle for the maximum work is also the most efficient at high values of the effectiveness. Swept volume ratio should be chosen with care. The optimum value of dead volume ratio is at least less than the maximum efficiency condition. The feasible design range in compression ratio lies between the maximum efficiency condition and the structural limit of Stilring Engines, where the higher its value, the better. Changes in the temperature ratio do not alter the design conditions. Working fluids with the specific heat ratio 1.67 are more efficient that those with 1.4.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.10
no.1
s.47
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pp.9-16
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2006
The design practice of the lateral resisting system has been traditionally dependent on the experience and know-how of a structural engineer. And the method to reflect the evaluation results of building's capacity on design process doesn't exist. The proposal of a rational design of the lateral load resisting system is based on the available full capacity $(R_{ac})$ of a building and the minimum required capacity $(R_{code})$ suggested in the code. This study suggests thai nonlinear static analysis, which is the estimation of the lateral capacity with the pushover analysis, be included in the existing design procedure of the structure. After finishing the basic structural design, the lateral resisting capacity ol a building is estimated. At the phase of nonlinear static analysis, pushover analysis is peformed to define the fully yielded baseshear $(V_Y)$. When the design wind baseshear $(V_{wind})$ is bigger than the design seismic baseshear $(V_D)$, the value is checked to determine whether or not it is smaller than the $V_Y$. After confirming that it is smaller, the $R_{ac}$ of the structure is computed. If the $V_D$ is bigger at first, only the $R_{ac}$ is computed. When the value of the estimation shows remarkable differences with the $R_{code}$, repetition of the design modification is needed for those approximate to the $R_{code}$. Application of the proposed design procedure to 2-D steel braced RC buildings has proven to be efficient.
To improve braced frame performance, the connection strength, stiffness, and ductility must be directly considered in the frame design. The resistance of the connection must be designed to resist seismic loads and to help provide the required system ductility. In addition, the connection stiffness affects the dynamic response and the deformation demands on the structural members and connections. In this paper, current design models for gusset plate connections are reviewed and evaluated usingthe results of past experiments. Current models are still not sufficient to provide adequate connection design guidelines and the actual stress and strain states in the gusset plate are very nonlinear and highly complex. Design engineers want simple models with beam and column elements to make an approximate estimation of system and connection performance. The simplified design models are developed and evaluated to predict connection stiffness and system behavior. These models produce reasonably accurate and reliable estimation of connection stiffness.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.5
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pp.597-604
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2010
This study focuses on the design of a mechanical joint for a zero moment crane (ZMC), which is a specialized loading/unloading system used in a mobile harbor (MH). The mechanical joint is based on the concept of zero moment point (ZMP), and it plays an important role in stabilizing a ZMC. For effective stabilization, it is necessary to ensure that the mechanical joint is robust to a wide variety of loads; further, the joint must allow the structures connected to it to perform rotational motion with two degrees of freedom By adopting a traditional design process, we designed a new mechanical joint; in this design, a universal joint is coupled with a spherical joint, and then, deformable rolling elements are incorporated. The rolling elements facilitate load distribution and help in decreasing power loss during loading/unloading. Because of the complexity of the proposed system, Kriging-based approximate optimization method is used for enhancing the optimization efficiency. In order to validate the design of the proposed mechanical joint, a structural analysis is performed, and a small-scale prototype is built.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.10
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pp.7204-7210
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2015
This paper has developed the system for supporting the approximate construction cost and the quantity estimation based on 3D model information in the pre-project planning phase of 3-span continuous cable-bridge with 2-pylons. First of all, we'd analyzed the design information (structural design report, blueprint and quantity) of the existing cable-stayed bridges and derived the design variables of cable-stayed bridges. We developed the BIM wizard that generates a cable-stayed bridge model parametrically based on derived design variables. The principle material quantities of cable-stayed bridge are calculated directly from 3-dimensional bridge model built by using the BIM wizard. Then, we can estimate the construction cost in relation to its quantities and unit cost of cable-stayed bridge. In a result, we have established the system that the construction cost can be estimated more specific than the conventional method (construction estimates per meter or square meter). We hereby will be able to review various alternatives as soon as possible in bidding process.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.5
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pp.489-495
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2014
A micro-genetic algorithm (MGA) is one of the improved forms of a genetic algorithm. It is used to reduce the number of iterations and the computing resources required by using small populations. The efficiency of MGAs has been proved through many problems, especially problems with 3-5 design variables. This study proposes an optimization algorithm based on the sequential design of experiments (SDOE) and an MGA. In a previous study, the authors used the SDOE technique to reduce trial-and-error in the conventional approximate optimization method by using the statistical design of experiments (DOE) and response surface method (RSM) systematically. The proposed algorithm has been applied to various mathematical examples and a structural problem.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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