This paper presents a topology optimization approach using element-free Galerkin method (EFGM) for the optimal design of compliant mechanisms with geometrically non-linearity. Meshless method has an advantage over the finite element method(FEM) because it is more capable of handling large deformation resulted from geometrical nonlinearity. Therefore, in this paper, EFGM is employed to discretize the governing equations and the bulk density field. The sensitivity analysis of the optimization problem is performed by incorporating the adjoint approach with the meshless method. The Lagrange multipliers method adjusted for imposition of both the concentrated and continuous essential boundary conditions in the EFGM is proposed in details. The optimization mathematical formulation is developed to convert the multi-criteria problem to an equivalent single-objective problem. The popularly applied interpolation scheme, solid isotropic material with penalization (SIMP), is used to indicate the dependence of material property upon on pseudo densities discretized to the integration points. A well studied numerical example has been applied to demonstrate the proposed approach works very well and the non-linear EFGM can obtain the better topologies than the linear EFGM to design large-displacement compliant mechanisms.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.27
no.1
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pp.73-83
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1990
A theorectical method is presented for the calculation of the effective wake in an axisymmetric sheared inflow. The effective wake is essential in the design of optimal propulsor and in the reduction of propulsor induced vibration and noise. The nominal wakes are mathematically modelled and the effective wakes are calculated using the computer program developed on the basis of the linear momentum theory. The results show that shear effects arc dominant near the hub and the effective wakes reveal some differences near the hub for the moderately and heavily loaded propulsors but they arc well coincided with the other experimental or theorectical results for the lightly loaded propulsors. To improve the results it may be necessary to consider nonlinear terms neglected in this study and body boundary condition on hub.
In this paper, we propose a geometric active contour model based on intensity information and curve evolution for detecting region boundaries. We put boundary extraction problem as the minimization of the difference between the average intensity of the region and the intensity of the expanding closed curves. We used level set theory to implement the curve evolution for optimal solution. It offered much more freedom in the initial curve position than a general active contour model. Our methods could detect regions whose boundaries are not necessarily defiened by gradient compared to general edge based methods and detect multiple boundaries at the same time. We could improve the result by using anisotropic diffusion filter in image preprocessing. The performance of our model was demonstrated on several data sets like CT and MRI medical images.
Kriging surrogate model provides explicit functions to represent the relationships between the inputs and outputs of a linear or nonlinear system, which is a desirable advantage for response estimation and parameter identification in structural design and model updating problem. However, little research has been carried out in applying Kriging model to crack identification. In this work, a scheme for crack identification based on a Kriging surrogate model is proposed. A modified rectangular grid (MRG) is introduced to move some sample points lying on the boundary into the internal design region, which will provide more useful information for the construction of Kriging model. The initial Kriging model is then constructed by samples of varying crack parameters (locations and sizes) and their corresponding modal frequencies. For identifying crack parameters, a robust stochastic particle swarm optimization (SPSO) algorithm is used to find the global optimal solution beyond the constructed Kriging model. To improve the accuracy of surrogate model, the finite element (FE) analysis soft ANSYS is employed to deal with the re-meshing problem during surrogate model updating. Specially, a simple method for crack number identification is proposed by finding the maximum probability factor. Finally, numerical simulations and experimental research are performed to assess the effectiveness and noise immunity of this proposed scheme.
Yang, Yi;Xie, Zhuangning;Tse, Tim K.T.;Jin, Xinyang;Gu, Ming
Wind and Structures
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v.15
no.5
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pp.409-421
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2012
In this paper, the method of introducing additional source/sink terms in the turbulence and momentum transport equations was applied to appropriately model the effect of the tree canopy. At first, the new additional source term for the turbulence frequency ${\omega}$ equation in the SST k-${\omega}$ model was proposed through theoretical analogy. Then the new source/sink term model for the SST k-${\omega}$ model was numerically verified. At last, the proposed source term model was adopted in the wind environment optimal design of the twin high-rise buildings of CABR (China Academy of Building Research). Based on the numerical simulations, the technical measure to ameliorate the wind environment was proposed. Using the new inflow boundary conditions developed in the previous studies, it was concluded that the theoretically reasonable source term model of the SST k-${\omega}$ model was applicable for modeling the tree canopy flow and accurate numerical results are obtained.
In this paper, a method for determining the boundary conditions which derived from the random obstacles on the curves was presented. A simple computer program using this method is also developed. This determination method and program can be used for a good engineering tool in optimal curve design and an Radius-transition curve length $(R-L_t)$ combination within the permissible zone can be improved without any increased costs.
In density-based topology optimization, 0/1 solutions are sought. Discrete topological problems are often relaxed with continuous design variables so that they can be solved using continuous mathematical programming. Although the relaxed methods are practical, grey areas appear in the optimum topologies. SIMP (Solid Isotropic Microstructures with Penalization) employs penalty schemes to suppress the intermediate densities. SRV (the Sum of the Reciprocal Variables) drives the solution to a 0/1 layout with the SRV constraint. However, both methods cannot effectively remove all the grey areas. SRV has some numerical aspects. In this work, a new scheme SIMP-SRV is proposed by combining SIMP and SRV approaches, where SIMP is employed to generate an intermediate solution to initialize the design variables and SRV is then adopted to produce the final design. The new method turned out to be very effective in conjunction with the method of moving asymptotes (MMA) when using for the stiffness topology optimization of continuum structures for minimum compliance. The numerical examples show that the hybrid technique can effectively remove all grey areas and generate stiffer optimal designs characterized with a sharper boundary in contrast to SIMP and SRV.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2004.03a
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pp.142-147
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2004
The flow in the LOX manifold of liquid rocket has been investigated using a CAE technique with an objective of economical modeling of injection holes in order to reduce the overall computational cost of flow analysis during the optimal rocket design procedure. The computational geometry is very close to that of the actual rocket design and the flow condition through the injection holes resembles that in the actual manifold of the liquid rocket. The result shows that the flow in the plane just above the injection holes is not uniformly distributed in terms of pressure and mass flow rate and this is attributed to the large-scale flow patterns present the LOX manifold. Thus, the flow physics should be understood correctly before making any attempt to model the injection holes. In the present study, several boundary conditions which were designed to effectively replace the presence of injection holes have been tested and it was found that a simple modeling can be possible by mimicking the actual geometry of the injection holes. By using this simple injection hole modeling, it was able to obtain about 30% reduction in computational cost but it was still able to reproduce the flow patterns correctly. Also the flow has been analyzed after incorporating a couple of different types of pre-distributors in LOX manifold and the effect of those will be discussed.
Journal of Korea Society of Industrial Information Systems
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v.12
no.3
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pp.1-9
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2007
This paper deals with manufacturing conditions to increase the working die's life span which are the key factor in the manufacturing process of the coins and medals. Using the boundary element method, the stress diagram for the coining die was obtained, which was used to find the life span of working die. To iud the working die's life span related to the diameter of collar and blank coin, eight different sizes were tested and the optimal condition was obtained. With the adjusted impressing force, the working die's life span was increased up to 60 percent.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.3
no.5
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pp.64-73
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1995
A numerical simulation of heat and fluid flow for predicting the effect of passage arrangement in automotive heat battery has been performed. The system is assumed to be a two-dimensional laminar flow and isothermal boundary is applied to the surface of the latent heat storage vessel. In the case of ideal heat battery the flow rate into each flow passage is evenly distributed. The various models are considered in the view of pressure drop and bulk temperature. The effects on the efficiency of the heat battery are examined by varying geometrical factors such as flow passage clearance, length of a inlet and outlet tank and the length of a latent heat storage vessel. The flow clearance is a very important -factor on the efficiency of a heat battery. As the flow passage clearance becomes narrow, the flow distribution becomes uniform and the bulk temperature increases, however the pressure drop is large. Therefore, optimal flow passage clearance has to be chosen. The present work can be used in optimizing heat battery efficiency.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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