This paper presents a design technique of steel structures subjected to static and dynamic loadings using practical nonlinear inelastic analysis software. The beam-column approach using the stability functions and the plastic hinge concept enables the software to suitably predict second-order effects and inelastic behavior of beam-columns. For dynamic analysis. the incremental from of the equation of motion is solved by the use of a step-by-step numerical integration procedure in which the assumption of constant acceleration over a small time step is employed. The accuracy of the analysis program is validated using the results of ABAQUS program and experimental tests. A user-friendly graphic interface of the software is developed to facilitate the modeling process and result interpretation of the problem. A design example of large span bridge is presented to detail the direct design process using the practical advanced analysis software.
A kinematically-hybrid 5-axis machine tool is analyzed from the perspective of machine tool design. Its kinematic characteristics are pointed out, which should be considered during the conceptual design process. A result of the structural analysis of the machine is presented, which is performed during the detailed design process. It is also presented how we improve the thermal characteristics of the machine tool by changing the installation position of the actuators.
탄소섬유 복합재료를 적용하는 일체형 접이식 날개 개발에 대한 연구를 수행하였다. 설계 요구조건을 검토하고 상용 소프트웨어를 적용한 최적설계기법을 통해 복합재료 날개 설계를 실시하였다. 복합재료 제조공정인 핫프레스, 펄트루전, 오토클레이브를 평가하고 성능과 비용을 고려하여 일체형 날개제작에 가장 적합한 다중공정을 결정하였다. 설계개념 확정을 위해 두 차례의 설계개발시험으로 제작공정을 검증하고 구조해석을 통해 복합재료 날개의 강성과 강도를 예측하였다. 시험하중을 먼저 산출하고 양쪽 날개를 대상으로 설계제한하중과 설계극한하중에 대한 정하중 구조시험을 수행하였다. 그 결과, 시험의 각 평가기준을 만족하였으며 일련의 구조해석과 시험을 통해 구조안전성을 검증하였다.
W-Project is 60-story mixed-use residential building complex project in Daegu, the third biggest city in South Korea. There are lots explorable items to be solved to secure structural safety and meet the serviceability requirements. This paper describes what kind of structural system is optimized based on the architectural requirements and structural components design and the grade of concrete strength altered on floors. The defining process of lateral resisting system of outrigger compared to the core ratio of typical plan is illustrated in detail.
Reinforcement learning (RL) is widely applied to various engineering fields. Especially, RL has shown successful performance for control problems, such as vehicles, robotics, and active structural control system. However, little research on application of RL to optimal structural design has conducted to date. In this study, the possibility of application of RL to structural design of reinforced concrete (RC) beam was investigated. The example of RC beam structural design problem introduced in previous study was used for comparative study. Deep q-network (DQN) is a famous RL algorithm presenting good performance in the discrete action space and thus it was used in this study. The action of DQN agent is required to represent design variables of RC beam. However, the number of design variables of RC beam is too many to represent by the action of conventional DQN. To solve this problem, multi-agent DQN was used in this study. For more effective reinforcement learning process, DDQN (Double Q-Learning) that is an advanced version of a conventional DQN was employed. The multi-agent of DDQN was trained for optimal structural design of RC beam to satisfy American Concrete Institute (318) without any hand-labeled dataset. Five agents of DDQN provides actions for beam with, beam depth, main rebar size, number of main rebar, and shear stirrup size, respectively. Five agents of DDQN were trained for 10,000 episodes and the performance of the multi-agent of DDQN was evaluated with 100 test design cases. This study shows that the multi-agent DDQN algorithm can provide successfully structural design results of RC beam.
This paper presents a novel design approach that could generate structural design alternatives having different topologies and then, select the optimum structure from them with simulataneously determining its optimum design variables related to geometry and the member size subjected to the multiple objective design environments. For this purpose, a specialized genetic algorithm, called StrGA_DeAl + MOGA, which can handle the design alternatives and multi-criteria problems very effectively, is developed for the optimal structural design. To validate the developed method, method, plain truss design problems are considered as illustrative example. To begin with, some possible topological of the truss structure are suggested based on the stability criterion that should be satisfied under the given loading condition. Then, with the consideration of the given multi-criteria, several different topology forms are selected as design alternatives for the second step of the conceptual design process. Based on the chosen topolgy of truss structures, the sizing or shaping optimization process starts to determine the optimum design parameters. Ten-bar truss problems are given in the paper to confirm the above concept and methodology.
In the fourth industrial revolution, the demand for metal three-dimensional (3D) printing technology is rapidly increasing. Metal 3D printing is an efficient method for manufacturing products because the method reduces material waste compared to subtractive manufacturing. In addition, products with complex shapes, such as turbine blades, can be easily produced using metal 3D printing because the method offers a high degree of freedom. However, due to the long production time of metal 3D printing, mass production is impossible, and post-processing is necessary due to its low precision. Therefore, it is necessary to develop a new hybrid process that can efficiently process metals and to develop a metal 3D-printing-based hybrid processing system technology to secure high processing precision and manufacture complex shapes. In this study, the structural stability of a metal 3D printer based hybrid machining center was analyzed through structural analysis before its development. In addition, we proposed a design modification that can reduce the weight and increase the stiffness of the hybrid machining center by performing shape lightning based on the structural analysis results.
The purpose of this paper is to show how the Evolutionary Structural Optimization (ESO) algorithm developed by Xie and Steven can be extended to optimal design problems of thin shells subjected to thermal loading. This extension simply incorporates an evolutionary iterative process of thermoelastic thin shell finite element analysis. During the evolution process, lowly stressed material is gradually eliminated from the structure. This paper presents a number of examples to demonstrate the capabilities of the ESO algorithm for solving topology optimization and thickness distribution problems of thermoelastic thin shells.
The structural behavior of superstructure by ILM is strongly dependent on the process of launching nose according to the construction process. The ratios of length, weight, and flexural stiffness of launching nose to those of superstructure are taken as the analysis parameters in this study. The interaction behaviors are analyzed according to the variation of parameters. Design formulas to pursue the optimum values for length, weight, and stiffness of launching nose are suggested through the parametric study. As a result, the minimum stiffness ratio is analyzed as I₂/I=0.045 and I₁/I=0.02 for the optimum track of the sectional force while the elastics modulus ratio is 6.8359. Additionally, the design results of real projects are analyzed by the developed formulas to verify that they are designed well in structurally optimal point of view.
To build a high precision machine tool and increase its productivity, structural analysis needs to be carried out for vibration and stiffness of the machine tools before any detailed design. Therefore, in this paper, static and dynamic analysis is carried out to evaluate 8-axis multi tasking machining beds for automotive power train shafts; then, selection of an appropriate device is made for application to bed design. The results of structural and modal analysis confirmed the structural characteristics of the 8-axis multi tasking machine for automotive power train shaft beds: and the second shape bed is the safest is considered secure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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