Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.14
no.1
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pp.65-72
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2009
This study presents a structural design optimizing sizes of high-rise steel plane truss members by maximizing stiffness subjected to given volume constraints. The sizing optimum design is evaluated by using a well-known optimality criteria (OC) of gradient-based optimization methods. In typical size optimization methods, truss structures are optimized with respect to minimum weight with constraints on the value of some displacement and on the member stresses. The proposed method is an inversed size optimization process in comparisons with the typical size optimization methods since it maximizes stiffness associated with stresses or displacements subjected to volume constraints related to weight. The inversed approach is another alternative to classical size optimization methods in order to optimize members' sizes in truss structures. Numerical applications of a round shape steel pipe truss structure are studied to verify that the proposed maximum stiffness-based size optimization design is suitable for optimally developing truss members's sizes.
The shape optimization of composite flexbeam sections of a bearingless helicopter rotor is studied using a finite element (FE) sectional analysis integrated with an efficient evolutionary optimization algorithm called particle swarm assisted genetic algorithm (PSGA). The sectional optimization framework is developed by automating the processes for geometry and mesh generation, and the sectional analysis to compute the elastic and inertial properties. Several section shapes are explored, modeled using quadratic B-splines with control points as design variables, through a multiobjective design optimization aiming minimum torsional stiffness, lag bending stiffness, and sectional mass while maximizing the critical strength ratio. The constraints are imposed on the mass, stiffnesses, and critical strength ratio corresponding to multiple design load cases. The optimal results reveal a simpler and better feasible section with double-H shape compared to the triple-H shape of the baseline where reductions of 9.46%, 67.44% and 30% each are reported in torsional stiffness, lag bending stiffness, and sectional mass, respectively, with critical strength ratio greater than 1.5.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.11
no.4
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pp.68-78
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2003
Recently, low speed vehicle (LSV) is beginning to appear for various usages. The body of the LSV is usually made of the aluminum space frame (ASF) type rather than the monocoque or unitary construction type. A pa.1 of the reason is that it is easier to reduce mass efficiently while the required stiffness and strength are maintained. A design flow for LSV is proposed. Design specifications for structural performances of LSV do not exist yet. Therefore, they are defined through a comparative study with general passenger automobiles. An optimization problem is formulated by the defined specifications. At first, one pillar which has an important role in structural performances is selected and the reinforcements of the pillar are determined from topology optimization to maximize the stiffness. At second, the thicknesses of cross sections are determined to minimize the mass of the body while design specifications are satisfied. The optimum solution is compared with an existing design. The optimization process has been performed using a commercial optimization software system, GENESIS 7.0.
Most frame structures cannot be manufactured in a single-piece form. Ideally, when a structure is built up by assembling multi pieces, assembly at the joints should be rigidly performed enough to have almost full stiffness, which is difficult for practical reasons such as manufacturing cost and time. In this research, we aim to develop a manufacturability-oriented compliance-minimizing topology optimization using a ground beam model incorporating additional zero-length elastic joint elements. In the present formulation, design variables control the stiffness of zero-length elastic joints, not the stiffness of beams. Because joint stiffness values at the converged state can be utilized to select candidate assembly locations and their strengths, the technique is extremely useful to design multi-piece frame structures. An optimal layout is also extracted based on the stiffness values.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.13
no.7
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pp.140-147
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1996
Machining accuracy of machine tools spindles using the hydrostatic bearing, largely depends on the static stiffness and the thermal deformation of the spindle unit. In this paper, the modelling and static, thermal analysis of the hydrostatic spindles were performed for the relationship between the design variables like the bearing span, overhang, bearing stiffness and static stiffness at spindle. The goal of optimization is the mazimum, static stiffness at spindle nose with lower temperature rise in hydrostatic bearing. Temperature rise of hydrostatic bearing is minimized with the variables of spindle diameter and oil supply pressure. Finally, validity of the proposed algorithm is verified by improving the static, thermal performance of the existing hydrostatic spindles.
Jean Paul Irakoze;Shujin Li;Wuchuan Pu;Patrice Nyangi;Amedee Sibomana
Earthquakes and Structures
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v.25
no.6
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pp.399-415
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2023
In this study, we investigate the use of a negative stiffness tuned inerter damper system to improve the performance of a base-isolated structure. The negative stiffness tuned inerter damper system consists of a tuned inerter damper connected in parallel with a negative stiffness element. To find the optimal parameters for the base-isolated structure with negative stiffness tuned inerter damper system, we develop an optimization method based on performance criteria. The objective of the optimization is to minimize the superstructure acceleration response ratio, while ensuring that the base displacement response ratio remains below a specified target value. We evaluate the proposed method by conducting numerical analyses on an eight-story building. The structure is modeled using both a simplified 3-degree-of-freedom system and a more detailed story-by-story shear-beam model. Lastly, a comparative analysis using time history analysis is performed to compare the performance of the base-isolated structure with negative stiffness tuned inerter damper system with that of the base-isolated structure and base-isolated structure with tuned inerter damper systems. The results obtained from the comparative analysis show that the negative stiffness tuned inerter damper system outperforms the tuned inerter damper system in reducing the dynamic seismic response of the base-isolated structure. Overall, this study demonstrates that the negative stiffness tuned inerter damper system can effectively enhance the performance of base-isolated structures, providing improved seismic response reduction compared to other systems.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.2
s.245
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pp.128-134
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2006
Topology optimization is an effective scheme to obtain the initial design concept: however, it is hard to apply in case of non-linear or multi-objective problems. In this study, a modified topology optimization method is proposed to generate a structure of a swing arm type actuator satisfying maximum compliance as well. as maximum stiffness using the multi-objective optimization. approach. The multi-objective function is defined to maximize the compliance in the direction of focusing of the actuator and the second eigen-frequency of the structure. The design of experiments are performed and the response surface functions are formulated to construct the multi-objective function. The weighting factors between conflicting functions are determined by the back-error propagation neural network and the solution of multi-objective function is acquired using the genetic algorithm.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.9
no.6
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pp.129-134
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2001
One of the most important purposes in the design of machines and structures is to produce the most light products of the lowest price with satisfying function and performance. In this study, a scheme of design optimization for the weight down of vehicle body structure is presented. Design sensitivity of vehicle body structure is investigated and design optimization is performed to get weight down with the allowable stiffness of body in white. Stress, deformation and natural frequencies are the constraint of the optimization.
The aim of this study is the optimization of the parameters of interconnected Hydro-Pneumatic (HP) suspension system of a three-axle vehicle for ride comfort and handling. For HP suspension systems of equivalent vertical stiffness and damping characteristics, interconnected HP suspension systems increase roll and pitch stiffness and damping characteristics of the vehicle as compared to unconnected HP suspension systems. Thus, they result in improved handling and braking/acceleration performances of the vehicle. However, increased roll and pitch stiffness and damping characteristics also increase roll and pitch accelerations, which in turn result in degraded ride comfort performance. Therefore, in order to improve both ride comfort and vehicle handling performances simultaneously, an optimum parameter set of an interconnected HP suspension system is obtained through an optimization procedure. The objective function is formed as the sum of the weighted vertical accelerations according to ISO 2631. The roll angle, one of the important measures of vehicle handling and driving safety, is imposed as a constraint in the optimization study. Upper and lower parameter bounds are used in the optimization in order to get a physically realizable parameter set. Optimization procedure is implemented for a three-axle vehicle with unconnected and interconnected suspension systems separately. Optimization results show that interconnected HP suspension system results in improvements in both ride comfort and vehicle handling performance, as compared to the unconnected suspension system. As a result, interconnected HP suspension systems present a solution to the conflict between ride comfort and vehicle handling which is present in unconnected suspension systems.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.21
no.5
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pp.8-14
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2013
In this study, we propose the method of optimally selecting material of front pillar (A-pillar) and package tray for minimizing weight while satisfying vehicle requirements on static stiffness and dynamic stiffness. First, we formulate a material selection optimization problem. Next, we establish the CAE procedure of evaluating static stiffness and dynamic stiffness. Then, to enhance the efficiency of design work, we integrate and automate the established CAE procedure using a commercial process integration and design optimization (PIDO) tool, PIAnO. For effective optimization, we adopt the approach of metamodel based approximate optimization. As a sampling method, an orthogonal array (OA) is used for selecting sampling points. The response values are evaluated at the sampling points and then these response values are used to generate a metamodel of each response using the radial basis function regression (RBFr). Using the RBFr models, optimization is carried out an evolutionary algorithm that can handle discrete design variables. Material optimization result reveals that the weight is reduced by 49.8% while satisfying all the design constraints.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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