The results of optimum design by the deterministic approach adopted in the current design codes depend upon the safety levels of the applied code. But, it is now generally recognized that structural problems are nondeterministic and, consequently, that engineering optimum design must cope with uncertainties. Therefore, it is not an overstatement to affirm that the combination of reliability-based design procedures and optimization techniques is the only means of providing a powerful tool to obtain a practical optimum design solution. In the paper, reliability based optimum design procedure as a rational approach to optimum structural design is presented. The design constraints are formulated based on the ASD, LRFD and reliability theories. The reliability analysis is based on an advanced first-order second moment approach. Uncertainties in the structural strength and loading due to inherent variability as well as modeling and prediction errors are included in failure due to combined bending and shear. For the realistic reliability-based optimization of continuous steel box girder bridges, interactive non-linear limit state model is formulated based on the von Mises's combined stress yield criterion. Comparative results are presented when the ASD criteria are used for the optimum design of a structure under reliability constraints. In addition, this study comparatively shows the results of the optimum design for various criteria of design codes.
We present an optimum design method for a rectangular reinforced concrete beam using Genetic Algorithms. The optimum design procedure in this paper employs 2 design cases: i) all of the design variables (b, d, As) of the rectangular reinforced concrete section are used pseudo-continuously, ii) one is pseudo-continuous for the concrete cross section (b, d) and the other is discrete, using an index for the steel area (As). The optimum design in this paper uses Chakrabarty's model. In this paper, the Genetic Algorithms use the method of Elitism and penalty parameters to improve the fitness in the reproduction process, which leads to very practical designs. The optimum design of the steel area in the examples uses ASTM standard reinforcing bars (#3~#11, #14, #18).
Structural optimization problems with discrete design variables require more function calculations (or finite element analyses) than those in the continuous design space. In this study, a method to find an optimal solution in the discrete design of the truss structure is presented, reducing the number of function calculations. Because a continuous optimal solution is the Karush-Kuhn-Tucker point that satisfies the optimality condition, it is assumed that the discrete optimal solution is around the continuous optimum. Then, response values such as weight, displacement, and stress are predicted using approximate models-referred to as hybrid metamodels-within specified design ranges. The discrete design method using the hybrid metamodels is used as a post-process of the continuous optimization process. Standard truss design problems of 10-bar, 25-bar, 15-bar, and 52-bar are solved to show the usefulness of this method. The results are compared with those of existing methods.
Preflex composit girder is intended for a better use on both steel and concrete by introducting prestress into the lower flange concrete with preflection. In Korea, recently preflex bridges are widely used especially for urban construction but the design method depends on the conventional ASD(Allowable Stress Design). This paper suggests an optimization model for the design of preflex composite bridges based on LIFD(Load Resistance Factor Design). The optimization algorithm adopted for the NLP model proposed in the paper is the FTM(Flexible Tolerance Method) which is very efficient for the approximate continuous optimization. For the discrete optimum results, a pesudo discrete optimization is used for the economical round-up to the available dimensions. The economic effectiveness of optimum design based on the LRFD method is investigation by comparing the results with those of the ASD method. Based on applications to the actual design examples, it may be concluded that the optimization model suggested in the paper provides economical but reliable design. And the suggested in the paper provides economical but reliable design. And the computer code for the automatic optimum design of preflex bridges developed in the paper for a CAD system may be successfully used in practice.
본 연구에서는 다제약 설계변수를 갖는 비선형 문제를 무제약 최소화 문제로 전환하는 축차무제약 최소화기법(SUMT)과 효과적인 강골조의 2차비탄성해석 방법 중의 하나인 개선소성힌지해석 방법을 접목시킨 평면 강골조의 연속최적설계 모델 및 프로그램을 개발하였다. 최적설계를 위한 목적함수로는 강골조물을 구성하는 모든 부재의 중량 합을, 제약조건으로는 AISC-LRFD의 휨강도, 전단강도, 압축 및 인장강도, 국부좌굴 및 부재좌굴, 그리고 단면형상 등에 관한 설계기준을 사용하였다. 본 연구에서 개발한 연속최적설계 모델을 이용하여 여러 평면 강골조의 최적설계를 수행하였으며, 최적설계 견과로부터 개발한 연속최적설계 모델의 사용성, 타당성, 효율성 및 경제성 등을 검토하였다.
This paper investigated the optimum design of truss structures based on Genetic Algorithms (GA's). With GA's characteristic of running side by side, the overall optimization and feasible operation, the optimum design model of truss structures was established. Elite models were used to assure that the best units of the previous generation had access to the evolution of current generation. Using of non-uniformity mutation brought the obvious mutation at earlier stage and stable mutation in the later stage; this benefited the convergence of units to the best result. In addition, to avoid GA's drawback of converging to local optimization easily, by the limit value of each variable was changed respectively and the genetic operation was performed two times, so the program could work more efficiently and obtained more precise results. Finally, by simulating evolution process of nature biology of a kind self-organize, self-organize, artificial intelligence, this paper established continuous structural optimization model for ten bars cantilever truss, and obtained satisfactory result of optimum design. This paper further explained that structural optimization is practicable with GA's, and provided the theoretic basis for the GA's optimum design of structural engineering.
This study is intended to propose a systematic approach for determining optimum Life-Cycle Cost (LCC)-effective seismic design for continuous PSC bridges considering lifetime expected seismic risks. In the paper, a set of cost function for LCC analysis of bridges is proposed. The total LCC functions consist of initial cost and direct/indirect damage costs considering repair/replacement costs, human losses and property damage costs, road user costs, and indirect socio-economic losses. The damage costs are expressed in terms of Park-Ang median global damage indices (Park and Ang, 1985) and lifetime damage probabilities. The proposed approach is applied to model bridges of both moderate seismicity regions like Korea and high seismicity regions like Japan. Since, in case of bridges, a number of parameters may have an influence on optimal target reliability, various sensitivity analyses are performed in this study. It may be expected that the proposed approach can be effectively utilized for the development of cost-effective performance criteria for design and upgrading of various types of bridges as well as continuous PC bridges.
Since the material flow near the die part in CONFORM (Continuous Extrusion Forming) process is similar to that of side-extrusion, the side-extrusion model of tube shaped aluminum profiles was studied for the die design in CONFORM process. In this paper, the effects of process parameters in the side -extrusion through a two-hole die face, such as material flow, height and thickness of the tube, velocities of punch and lengths of bearing land were investigated using UBET program and DEFORM commercial FEM code. The optimum lengths of the bearing lands and punch velocities for obtaining the straight shape products required were determined.
A cyclone design concept named Convex cyclone was developed to reduce pressure losses. Contrary to conventional cylinder-on-con type cyclone, inner wall of Convex cyclone are defined with a continuous curve and it has convex shape body. The discontinuity of inner diameter variation rate of cylinder-on-con type cyclone cause additional pressure loss. Continuous wall of Convex cyclone prevent additional pressure loss. In order to verify Convex cyclone design concept, we make a comparative experiments between Stairmand HE and Convex cyclone. Experimental Convex cyclone designed based on Stairmand HE model, and inner wall are defined with circular arch. The experimental result clearly shows that Convex cyclone can achieve maximum 50% pressure loss reduction with a few percent of collection efficiency drop. In addition, the experimental results indicated the existence of optimum convexity, minimum pressure loss, of cyclone wall.
The evolutionary structural optimization(ESO) method has been under continuous development since 1992. The bidirectional evolutionary structural optimization(BESO) method is made of additive and removal procedure. The BESO method is very useful to search the global optimum and to reduce the computational time. This paper presents the ranked bidirectional evolutionary structural optimization(R-BESO) method which adds elements based on a rank, and the performance indicator which can estimate a fully stressed model. The R-BESO method can obtain the optimum design using less iteration number than iteration number of the BESO.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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