This study presents an efficient method for optimum design of plate and shell structures, when the design variables are continuous or discrete. Both sizing and shape design variables are considered. First the structural responses such as element forces are approximated in terms of some intermediate variables. By substituting these approximate relations into the original design problem, an explicit nonlinear approximate design task with high quality approximation is achieved. This problem with continuous variables, can be solved by means of numerical optimization techniques very efficiently, the results of which are then used for discrete variable optimization. Now, the approximate problem is converted into a sequence of second level approximation problems of separable form and each of which is solved by a dual strategy with discrete design variables. The approach is efficient in terms of the number of required structural analyses, as well as the overall computational cost of optimization. Examples are offered and compared with other methods to demonstrate the features of the proposed method.
Optimizing the design of large-scale electric machines based on nonlinear finite element analysis (FEA) requires longer computation time than other applications of FEA, mainly due to the huge size of the machines. This paper addresses a new region decision method (RDM) with mesh adaptive direct search (MADS) for the optimal design of wind generators in order to reduce the computation time. The validity of the proposed algorithm is evaluated using Rastrigin and Goldstein-Price benchmark function. Moreover, the algorithm is employed for the optimal design of a 5.6MW interior permanent magnet synchronous generator to minimize the torque ripple. Additionally, mechanical stress analysis as well as electromagnetic field analysis have been implemented to prevent breakdown caused by large centrifugal forces of the modified design.
Kim, Sung Bo;Han, Man Yop;Kim, Moon Young;Kim, Nak Kyung;Han, Jin Hee
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.17
no.5
s.78
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pp.627-636
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2005
The analysis and design procedure of intermediate support strut for the innovative prestressed scaffolding (IPS) system was presented in this paper. The stability check of intermediate support strut is required as the behavior of the strut system is similar to that of the built-up column. The computer analysis model of the support strut was constructed for in-plane and out-of-plane buckling analysis, and the design of the support strut was performed. Using the eigenvalue for the buckling load and the member forces of support strut under design earth pressure, the effective buckling length was estimated. The allowable axial and bending stresses were calculated considering the effective buckling length. The combined stresses due to these axial forces and bending moment were estimated to be satisfied the safety condition of the intermediate support strut.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2003.06a
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pp.246-250
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2003
In this study, two new types of micro-grippers in which micro-fingers are actuated by piezoelectric multi-layer benders and stacks are introduced for the manipulation of micrometer-sized objects. First, we constructed a 3-chopstick-mechanism tungsten gripper, which is composed of three chopsticks: two are designed to grip micro-objects, and tile third is used to help grasp and release the objects through overcoming especially electrostatic force among some surface effects including electrostatic, van der Waals forces and surface tension. Second, a 2-chopstick-mechanism silicon micro-gripper that uses an integrated force sensor to control the gripping force was developed. The micro-gripper is composed of a piezoelectric multilayer bender for actuating the gripper fingers, silicon fingertips fabricated by use of silicon-based micromachining, and supplementary supports. The micro-gripper is referred to as a hybrid-type micro-gripper because it is composed of two main components; micro-fingertips fabricated using micromachining technology to integrate a very sensitive force sensor for measuring the gripping force, and piezoelectric gripper finger actuators that are capable of large gripping forces and moving strokes. The gripping force signal was found to have a sensitivity of 667 N/V. To the design of each of components of both of the grippers. a systematic design approach was applied, which made it possible to establish the functional requirements and design parameters of the micro-grippers. The micro-grippers were installed on a manual manipulator to assess its performance in tasks such as moving micro-objects from one position to a desired position. The experiment showed that the micro-grippers function effectively.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.4
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pp.67-76
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2014
In this study, the behavior of Steel Plate Concrete (SC) walls subjected to shear and axial forces to investigate the effects of shape and arrangement spacing of studs on the design of SC walls was analytically reviewed. For this purpose, 9 cases of finite element analyses considering the different shape and spacing of studs in SC wall were performed. The results showed that the steel plate was yielded at the lower load than the second yielding shear force of the design skeleton curve when the spacing of stud is excessively far from each other. It is also found that the shape of the stud did not affect the shear behavior of SC wall but, the spacing influenced to its composite action. In this study, it was also proven that the inclined shaped stud resists more effectively to the bucking load than the general shaped stud in SC wall.
Park, Woo-Sun;Won, Deokhee;Seo, Jihye;Lee, Byeong Wook
Journal of Korean Society of Coastal and Ocean Engineers
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v.32
no.1
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pp.11-16
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2020
The rotational stability of an interlocking caisson breakwater was studied. Using the analytical solution for the linear wave incident to the infinite breakwater, the phase difference effect of wave pressures in the direction of the breakwater baseline is considered, and Goda's wave pressure formula in the design code is adopted to consider the nonlinearity of the design wave. The rotational safety factor of the breakwater was defined as the ratio of the rotational frictional resistance moment due to caisson's own weight and the acting rotational moment due to the horizontal and vertical wave forces. An analytical solution for the rotational center point location and the minimum safety factor is presented. Stability assessment formula were proposed to be applicable to all design wave conditions used in current port and harbor structure design such as regular waves, irregular waves and multi-directional irregular waves.
In this paper, feasibility study was carried out to evaluate necessity of seismic design of earth retaining structures in a deep excavation. Dynamic behavior of retaining system was analyzed using FLAC, a finite difference analysis program. It was shown that maximum bending moments of retaining walls and axial forces of supports were increased up to 98% and 87% during earthquake, respectively, compared to final excavation step, which indicates that dynamic earth pressure has a large effect on a retaining system. The stability of retaining system designed according to current design specifications was evaluated using structural forces obtained by numerical analysis, and effect of earthquake loading on structural design was analyzed.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.32
no.4
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pp.223-231
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2019
A continuum-based design sensitivity analysis(DSA) method is developed for electrostatic problems. To consider high order objective functions, we use 9-node finite element basis functions for analysis and DSA methods. As the design variables are parameterized with B-spline functions, smooth boundary variations are naturally obtained. To solve mesh entanglement problems during the optimization process, a mesh regularization scheme is employed. By minimizing the Dirichlet energy functional, mesh uniformity can be automatically achieved. In numerical examples for maximizing dielectrophoresis forces, the numerical results are compared with well-known electrode geometries and the obtained characteristics are discussed.
Valdes-Vazquez, Jesus G.;Garcia-Soto, Adrian D.;Hernandez-Martinez, Alejandro;Nava, Jose L.
Wind and Structures
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v.31
no.6
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pp.533-548
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2020
Despite the current technologic developments, failures in existent tensile fabric structures (TFS) subjected to wind do happen. However, design pressure coefficients are only obtained for large projects. Moreover, studies on TFSs with realistic supporting frames, comparing static and dynamic analyses and discussing the design implications, are lacking. In this study, fluid-Structure analyses of a TFS supported by masts and inclined cables, by subjecting it to different wind speeds, are carried out, to gain more understanding in the above-referred aspects. Wind-induced stresses in the fabric and axial forces in masts and cables are assessed for a hypar by using computational fluid dynamics. Comparisons are carried out versus an equivalent static analysis and also versus loadings deemed representative for design. The procedure includes the so-called form-finding, a finite element formulation for the TFS and the fluid formulation. The selected structure is deemed realistic, since the supporting frame is included and the shape and geometry of the TFS are not uncommon. It is found that by carrying out an equivalent static analysis with the determined pressure coefficients, differences of up to 24% for stresses in the fabric, 5.4% for the compressive force in the masts and 21% for the tensile force in the cables are found with respect to results of the dynamic analysis. If wind loads commonly considered for design are used, significant differences are also found, specially for the reactions at the supporting frame. The results in this study can be used as an aid by designers and researchers.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.3A
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pp.485-496
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2006
Practical stability design method of main members of cable-stayed bridges is proposed and discussed through a design example. For this purpose, initial tensions of stay cables and axial forces of main members are firstly determined using initial shaping analysis of bridges under dead loads. And then the effective buckling length using system elastic/inelastic buckling analysis and bending moments considering $P-{\delta}-{\Delta}$ effect by second-order elastic analysis are calculated for main girder and pylon members subjected to both axial forces and moments, respectively. Particularly, three load combinations of dead and live loads, in which maximum load effects due to live loads are obtained, are taken into account and effects of live loads on effective buckling lengths are investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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