In this paper optimization of volume fraction distribution in a thick hollow cylinder with finite length made of two-dimensional functionally graded material (2D-FGM) and subjected to steady state thermal and mechanical loadings is considered. The finite element method with graded material properties within each element (graded finite elements) is used to model the structure. Volume fractions of constituent materials on a finite number of design points are taken as design variables and the volume fractions at any arbitrary point in the cylinder are obtained via cubic spline interpolation functions. The objective function selected as having the normalized effective stress equal to one at all points that leads to a uniform stress distribution in the structure. Genetic Algorithm jointed with interior penalty-function method for implementing constraints is effectively employed to find the global solution of the optimization problem. Obtained results indicates that by using the uniform distribution of normalized effective stress as objective function, considerably more efficient usage of materials can be achieved compared with the power law volume fraction distribution. Also considering uniform distribution of safety factor as design criteria instead of minimizing peak effective stress affects remarkably the optimum volume fractions.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.43
no.5
s.149
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pp.550-559
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2006
A design procedure for a ship with minimum total resistance was developed using a numerical optimization method called SQP(Sequential Quadratic Programming) and a CFD technique based on the Rankine source panel method with the nonlinear free surface boundary conditions. During the whole optimization process the geometry of the hull shape was represented based on the NURBS(Non-uniform rational B-spline) technique and the modification of the hull shape was controlled using the Bell-shaped distribution function to keep the fairness of the hull shape before and after the hull modification. The numerical analysis was carried out using 4000TEU container ship in the towing tank facility installed in the Pusan national university to know the validity of the developed algorithm for this study. As the results of the numerical analysis it proved that the resistance of the optimized hull is conspicuously reduced in comparison with the original hull in a wave-making resistance point of view.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.66
no.12
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pp.1725-1731
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2017
In hysteresis simulation, the Preisach model is most widely used as the reliability. However, since the first-order transition curves used in the conventional Preisach model are very inconvenient for actual measurement, many researches have been made to simplify them. In this study, the minor loops obtained along the initial magnetization curve are used to obtain the Everett function used in the Preisach model. In other words, The Everett table is constructed by using the minor loops, and are applied to the magnetization dependent Preisach model to reconstruct the Everett table. In order to minimize the error, the spline interpolation method is used to complete the final Everett table and the hysteresis loop simulation is performed with the Everett table. Furthermore, it is applied to the inductor analysis to perform not only sinusoidal wave and square wave drive but also PWM wave drive considering hysteresis. The validity of the proposed method is confirmed by comparison with simulation and experiment.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.59
no.2
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pp.96-108
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2022
In this paper, we propose a systematic hull form variation technique which automatically satisfies the displacement constraint and guarantees a high level of fairness. This method is possible through multiple parameter correction curves. The present method is to improve the hull form variation method based on parametric modification function and consists of two sub-categories: SAC variation and section lines modification. For SAC variation, the utilization of two B-Spline curves satisfying GC1 condition led to the satisfaction of displacement constraint and high level of fairness at the same time. Section lines modification methods involves in using two fuctions: the first is the waterplane modification function combining two cubic splines. the other function is the sectional area modification function consisting of 2nd order polynomial over the DLWL(Design Load Waterline) and 3rd order polynomial below the DLWL, This function enables not only the fundamental U-V section shape variation but also systematically modified section lines. The present method is expected to be more useful in the hull form optimization process using CFD compared to the existing method.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2008.04a
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pp.216-221
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2008
Shape design optimization for linear elasticity problem is performed using isogeometric analysis method. In many design optimization problems for real engineering models, initial raw data usually comes from CAD modeler. Then designer should convert this CAD data into finite element mesh data because conventional design optimization tools are generally based on finite element analysis. During this conversion there is some numerical error due to a geometry approximation, which causes accuracy problems in not only response analysis but also design sensitivity analysis. As a remedy of this phenomenon, the isogeometric analysis method is one of the promising approaches of shape design optimization. The main idea of isogeometric analysis is that the basis functions used in analysis is exactly same as ones which represent the geometry, and this geometrically exact model can be used shape sensitivity analysis and design optimization as well. In shape design sensitivity point of view, precise shape sensitivity is very essential for gradient-based optimization. In conventional finite element based optimization, higher order information such as normal vector and curvature term is inaccurate or even missing due to the use of linear interpolation functions. On the other hands, B-spline basis functions have sufficient continuity and their derivatives are smooth enough. Therefore normal vector and curvature terms can be exactly evaluated, which eventually yields precise optimal shapes. In this article, isogeometric analysis method is utilized for the shape design optimization. By virtue of B-spline basis function, an exact geometry can be handled without finite element meshes. Moreover, initial CAD data are used throughout the optimization process, including response analysis, shape sensitivity analysis, design parameterization and shape optimization, without subsequent communication with CAD description.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.8
no.1
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pp.95-104
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2007
A new design approach of complex geometries such as wing/body configuration is arranged by using overset mesh techniques under large scale computing environment. For an in-depth study of the flow physics and highly accurate design, several special overlapped structured blocks such as collar grid, tip-cap grid, and etc. which are commonly used in refined drag prediction are adopted to consider the applicability of the present design tools to practical problems. Various pre- and post-processing techniques for overset flow analysis and sensitivity analysis are devised or implemented to resolve overset mesh techniques into the design optimization problem based on Gradient Based Optimization Method (GBOM). In the pre-processing, the convergence characteristics of the flow solver and sensitivity analysis are improved by overlap optimization method. Moreover, a new post-processing method, Spline-Boundary Intersecting Grid (S-BIG) scheme, is proposed by considering the ratio of cell area for more refined prediction of aerodynamic coefficients and efficient evaluation of their sensitivities under parallel computing environment. With respect to the sensitivity analysis, discrete adjoint formulations for overset boundary conditions are derived by a full hand-differentiation. A smooth geometric modification on the overlapped surface boundaries and evaluation of grid sensitivities can be performed by mapping from planform coordinate to the surface meshes with Hicks-Henne function. Careful design works for the drag minimization problems of a transonic wing and a wing/body configuration are performed by using the newly-developed and -applied overset mesh techniques. The results from design applications demonstrate the capability of the present design approach successfully.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.24
no.3
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pp.329-335
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2011
The finite element method (FEM) has been used for various fields like mathematics and engineering. However, the FEM has a difficulty in describing the geometric shape exactly due to its property of piecewise linear discretization. Recently, however, a so-called isogeometric analysis method that uses the non-uniform rational B-spline(NURBS) basis function has been developed. The NURBS can be used to describe the geometry exactly and play a role of basis functions for the response analysis. Nevertheless, constructing the NURBS basis functions in analysis is as costly as a meshing process in the FEM. Since the isogeometric method shares geometric data with CAD, it is possible to intactly import the model data from commercial CAD tools. In this paper, we use the Rhinoceros 3D software to create CAD models and export in the form of STEP file. The information of knot vectors and control points in the NURBS is utilized in the isogeometric analysis. Through some numerical examples, the accuracy of isogeometric method is compared with that of FEM. Also, the efficiency of the isogeometric method that includes the CAD and CAE in a unified framework is verified.
Kanok-Nukulchai, W.;Barry, W.J.;Saran-Yasoontorn, K.
Structural Engineering and Mechanics
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v.11
no.2
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pp.123-132
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2001
An improved version of the Element-free Galerkin method (EFGM) is presented here for addressing the problem of transverse shear locking in shear-deformable beams with a high length over thickness ratio. Based upon Timoshenko's theory of thick beams, it has been recognized that shear locking will be completely eliminated if the rotation field is constructed to match the field of slope, given by the first derivative of displacement. This criterion is applied directly to the most commonly implemented version of EFGM. However in the numerical process to integrate strain energy, the second derivative of the standard Moving Least Square (MLS) shape functions must be evaluated, thus requiring at least a $C^1$ continuity of MLS shape functions instead of $C^0$ continuity in the conventional EFGM. Yet this hindrance is overcome effortlessly by only using at least a $C^1$ weight function. One-dimensional quartic spline weight function with $C^2$ continuity is therefore adopted for this purpose. Various numerical results in this work indicate that the modified version of the EFGM does not exhibit transverse shear locking, reduces stress oscillations, produces fast convergence, and provides a surprisingly high degree of accuracy even with coarse domain discretizations.
Journal of the Korean Society of Environmental Restoration Technology
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v.13
no.3
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pp.36-45
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2010
To analyze the relationship between climatic factors (monthly mean temperature and total precipitation) and tree-ring growths of Quercus mongolica Fischer (Mongolian oak) with different topographic sites in Mt. Worak, more than 10 trees were selected from each of seven stands. Two cores from each tree were measured for ring width. After crossdating, each ring-width series was double standardized by fitting first a negative exponential or straight regression line and secondly a 60-year cubic spline. Seven stands were categorized in two groups using cluster analysis for tree-ring index patterns. Cluster I (four stands) was located in higher elevation (550-812 m) with aspects of east, west and northwest, and cluster II (three stands) was located in rather lower election (330-628 m) with aspects of north and northwest. The aspects of two clusters were not significantly different. Response-function analysis showed a significant positive response to March precipitation for both clusters. It indicates that moisture supply during early spring season is important to radial growth because the cambial growths of ring-porous species, such as Mongolian oak, start before leaf growth. Cluster II showed a positive response to the precipitation of middle and late growing season, too.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.8
no.4
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pp.121-129
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2000
this paper develops a computational model for the turning maneuver analysis of a cabover type heavy truck. The model having 42 degree-of-freedom is developed using ADAMS. Leaf springs used in the front and rear suspension systems are modeled by dividing it three links and joining them with joints. Force and displacement relationship showing nonlinear hysteric characteristics of the leaf spring is measured and modeled with an exponential function. A velocity and force relationship of a shock absorber is measured and modeled with a spline function. And a stabilizer bar is modeled using ADAMS beam element to consider a twisting and bending effect. To verify the developed model an actual vehicle test is performed in the double lane change course with 50kph and 60kph vehicle velocity. In the actual vehicle test lateral acceleration roll angle and yaw rate are measured, The tendency and peak-to-peak values of the actual vehicle test and simultion results are compared each other.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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