Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.2
no.3
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pp.70-76
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1985
A four-bar mechanism in consideration of the tolerances on link lengths and the clearances in joints is optimally designed by the method of stochastic analysis. The random nature of clearances and tolerances establishes a stochastic optimization design equation in which the parameters in the equation are described by random variables. In order to solve the design equation, the stochastic problem is converted into an equivalent deterministic one. The synthesis of four-bar mechanism for minimum mechanical and structural errors is carried out by the optimization techni- ques using Chebyshev spacing of precision points. By the results from the synthesized mechanism, the generated and desired motions are examined.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.12
no.6
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pp.135-142
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2004
The severe frontal crash tests are NCAP with belted occupant at 35mph and FMVSS 208 with unbelted occupant at 25mph, This paper describes the design process of occupant protection systems, airbag and seat belt, under the two tests. In this study, NCAP simulations are performed by Monte Carlo search method and cluster analysis. The Monte Carlo search method is a global optimization technique and requires execution of a series of deterministic analyses, The procedure is as follows. 1) Define the region of interest 2) Perform Monte Carlo simulation with uniform distribution 3) Transform output to obtain points grouped around the local minima 4) Perform cluster analysis to obtain groups that are close to each other 5) Define the several feasible design ranges. The several feasible designs are acquired and checked under FMVSS 208 simulation with unbelted occupant at 25mph.
Reliability-based design optimization (RBDO) problem is usually formulated as an optimization problem to minimize an objective function subjected to probabilistic constraint functions which may include deterministic design variables as well as random variables. The challenging task is that, because the probability models of the random variables are often assumed based on limited data, there exists a possibility of selecting inappropriate distribution models and/or model parameters for the random variables, which can often lead to disastrous consequences. In order to select the most appropriate distribution model from the limited observation data as well as model parameters, this study takes into account a set of possible candidate models for the random variables. The suitability of each model is then investigated by employing performance and risk functions. In this regard, this study enables structural design optimization and fitness assessment of the distribution models of the random variables at the same time. As the first paper of a two-part series, this paper describes a new design method considering probability model uncertainties. The robust performance of the proposed method is presented in Part 2. To demonstrate the effectiveness of the proposed method, an example of ten-bar truss structure is considered. The numerical results show that the proposed method can provide the optimal design variables while guaranteeing the most desirable distribution models for the random variables even in case the limited data are only available.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.1
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pp.37-43
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2010
In this paper, a reliability-based design optimization is developed for the topology design of linear structures using a performance measure approach. Spatial domain is discretized using three dimensional Reissner-Mindlin plate elements and design variable is taken as the material property of each element. A continuum based adjoint variable method is employed for the efficient computation of sensitivity with respect to the design and random variables. The performance measure approach of RBDO is employed to evaluate the probabilistic constraints. The topology optimizationproblem is formulated to have probabilistic displacement constraints. The uncertainties such as material property and external loads are considered. Numerical examples show that the developed topology optimization method could effectively yield a reliable design, comparing with the other methods such as deterministic, safety factor, and worst case approaches.
KIEE International Transactions on Electrophysics and Applications
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v.4C
no.6
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pp.276-281
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2004
In this paper, the optimal design of a novel microstrip directional coupler with a grooved housing for high directivity characteristic is presented. It will be shown that the high directivity of the microstrip coupler can be achieved simply by attaching an optimized housing structure. over the microstrip, which is much easier to fabricate than other conventional types. The dimensions of the proposed structure are maximized by using (1+1) evolution strategy (ES) combined with the deterministic algorithm. To improve the effectiveness of the results, efficient optimization procedures suitable for the model are proposed. From these results, it is determined that the proposed structure indicates an improved directivity. The optimized results are verified by full wave analysis at the center frequency of 850MHz.
The optimum design of base isolation system considering model parameter uncertainty is usually performed by using the unconditional response of structure obtained by the total probability theory, as the performance index. Though, the probabilistic approach is powerful, it cannot be applied when the maximum possible ranges of variations are known and can be only modelled as uncertain but bounded type. In such cases, the interval analysis method is a viable alternative. The present study focuses on the bounded optimization of base isolation system to mitigate the seismic vibration effect of structures characterized by bounded type system parameters. With this intention in view, the conditional stochastic response quantities are obtained in random vibration framework using the state space formulation. Subsequently, with the aid of matrix perturbation theory using first order Taylor series expansion of dynamic response function and its interval extension, the vibration control problem is transformed to appropriate deterministic optimization problems correspond to a lower bound and upper bound optimum solutions. A lead rubber bearing isolating a multi-storeyed building frame is considered for numerical study to elucidate the proposed bounded optimization procedure and the optimum performance of the isolation system.
In this study, the reliability-based design optimization of the airfoil was performed. PARSEC function was used to consider the uncertainty of the aerodynamic shape for the reliability-based shape optimization of airfoils. Among various reliability analysis methods, the moment method was used to compute the probability of failure of the aerodynamic performance. The accuracy of the reliability analysis was compared with other methods and it was found that the moment method predicts the probability of failure accurately. Deterministic and reliability-based optimizations were performed for the shape of the airfoil and it was demonstrated that reliability-based optimum assures the aerodynamic performances under uncertainties of the shape of the airfoil.
Leticia Fleck Fadel Miguel;Otavio Augusto Peter de Souza
Structural Engineering and Mechanics
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v.86
no.5
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pp.647-661
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2023
It is recognized that the installation of energy dissipation devices, such as the tuned mass damper (TMD), decreases the dynamic response of structures, however, the best parameters of each device persist hard to determine. Unlike many works that perform only a deterministic optimization, this work proposes a complete methodology to minimize the dynamic response of footbridges by optimizing the parameters of multiple tuned mass dampers (MTMD) taking into account uncertainties present in the parameters of the structure and also of the human excitation. For application purposes, a steel footbridge, based on a real structure, is studied. Three different scenarios for the MTMD are simulated. The proposed robust optimization problem is solved via the Circle-Inspired Optimization Algorithm (CIOA), a novel and efficient metaheuristic algorithm recently developed by the authors. The objective function is to minimize the mean maximum vertical displacement of the footbridge, whereas the design variables are the stiffness and damping constants of the MTMD. The results showed the excellent capacity of the proposed methodology, reducing the mean maximum vertical displacement by more than 36% and in a computational time about 9% less than using a classical genetic algorithm. The results obtained by the proposed methodology are also compared with results obtained through traditional TMD design methods, showing again the best performance of the proposed optimization method. Finally, an analysis of the maximum vertical acceleration showed a reduction of more than 91% for the three scenarios, leading the footbridge to acceleration values below the recommended comfort limits. Hence, the proposed methodology could be employed to optimize MTMD, improving the design of footbridges.
An, Joon-Sang;Kang, Kyung-Nam;Kim, San-Ha;Song, Ki-Il
Journal of the Korean Geotechnical Society
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v.35
no.4
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pp.27-35
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2019
This study confirmed the applicability to the field of geotechnical engineering for relatively complicated space and many target design variables in back analysis. The Sharan's equation and the Blum's method were used for the tunnel field and the retaining wall as a model for the multi-variate problem of geotechnical engineering. Optimization methods are generally divided into a deterministic method and a stochastic method. In this study, Simulated Annealing Method (SA) was selected as a deterministic method and Differential Evolution Algorithm (DEA) and Particle Swarm Optimization Method (PSO) were selected as stochastic methods. The three selected optimization methods were compared by applying a multi-variate model. The problem of deterministic method has been confirmed in the multi-variate back analysis of geotechnical engineering, and the superiority of DEA can be confirmed. DEA showed an average error rate of 3.12% for Sharan's solution and 2.23% for Blum's problem. The iteration number of DEA was confirmed to be smaller than the other two optimization methods. SA was confirmed to be 117.39~167.13 times higher than DEA and PSO was confirmed to be 2.43~6.91 times higher than DEA. Applying a DEA to the multi-variate back analysis of geotechnical problems can be expected to improve computational speed and accuracy.
Kim, Sang-Rak;Park, Jae-Yong;Lee, Won-Goo;Yu, Jin-Shik;Han, Seog-Young
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.17
no.6
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pp.77-82
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2008
This paper presents a Reliability-Based Topology Optimization(RBTO) using the Evolutionary Structural Optimization(ESO). An actual design involves some uncertain conditions such as material property, operational load and dimensional variation. The Deterministic Topology Optimization(DTO) is obtained without considering the uncertainties related to the uncertainty parameters. However, the RBTO can consider the uncertainty variables because it has the probabilistic constraints. In order to determine whether the probabilistic constraints are satisfied or not, simulation techniques and approximation methods are developed. In this paper, the reliability index approach(RIA) is adopted to evaluate the probabilistic constraints. In order to apply the ESO method to the RBTO, sensitivity number is defined as the change in the reliability index due to the removal of the ith element. Numerical examples are presented to compare the DTO with the RBTO.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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