Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.3
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pp.259-265
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2009
This paper studies the Element Connectivity Parameterization Method(ECP method) for topology optimization considering dynamic compliance. The previous element density based topology optimization method interpolates Young's modulus with respect to design variables defined in each element for topology optimization. Despite its various applications, these element density based methods suffer from numerical instabilities for nonlinear structure and multiphysics systems. To resolve these instabilities, recently a new numerical method called the Element Connectivity Parameterization(ECP) Method was proposed. Unlike the existing design methods, the ECP method optimizes the connectivities among plane or solid elements and it shows some advantages in topology optimization for both nonlinear structure and multiphysics systems. In this study, the method was expanded for topology optimization for the dynamic compliance by developing a way to model the mass matrix in the framework of the ECP method.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.20
no.6
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pp.113-122
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2003
Topology optimization is begun with layout optimization that is attributed to Rozvany and Prager of the 1960's. They claimed that structure was transformed into truss connecting all the nodes of finite element and optimized by control of its sectional modulus. But, this method is partial topology optimization. General layout optimal design appliable to continum structure was proposed by Bendsoe and Kikuchi in 1988. Topology optimization expresses material stiffness of structure into function of arbitrary variable. If this variable is 1, material exists but if this variable is 0, material doesn't exist. Therefore, topology optimization searches the distribution function of material stiffness for structure. There are a few researchs for simple engineering problem such as topology optimization of square plane structure or truss structure. So, This study applied to topology optimization of table liner for vertical roller mill that is the largest scale in the world. After table liner decreased by 20% of original weight, the structure analysis for first optimized model was performed.
Topology optimization is applied to determine the layout of a structure whose eigenfrequency coincides with a specified frequency. The topology optimization problem is formulated to minimize the difference between the structural frequency and a given frequency using the homogenization method and the modified optimality criteria method. It turns out that the value of a weighting factor in the updating scheme plays an important role to achieve both a suitable speed and a stable convergence of an algorithm. Unlike a constant weighting factor in previous works, it is suggested that a weight factor is varied during the iteration to control the amount of the frequency change. To substantiate the proposed approach two-dimensional structural design problems are presented and the resulted topology layouts for the specified eigenfrequency are compared to layouts for maximizing the corresponding eigenfrequency.
The purpose of this study was to develop a new element removal method for ESO (Evolutionary Structural Optimization), which is one of the topology optimization methods. ESO starts with the maximum allowable design space and the optimal topology emerges by a process of removal of lowly stressed elements. The element removal ratio of ESO is fixed throughout topology optimization at 1 or 2%. BESO (bidirectional ESO) starts with either the least number of elements connecting the loads to the supports, or an initial design domain that fits within the maximum allowable domain, and the optimal topology evolves by adding or subtracting elements. But the convergence rate of BESO is also very slow. In this paper, a new element removal method for ESO was developed for improvement of the convergence rate. Then it was applied to the same problems as those in papers published previously. From the results, it was verified that the convergence rate was significantly improved compared with ESO as well as BESO.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2007.05a
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pp.1085-1089
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2007
An acoustic topology optimization method is developed to optimize the acoustic attenuation capability of a muffler. The transmission loss of the muffler is calculated by using the three-point method based on finite element analysis. Each element of the finite element model is assumed to have the variable acoustic properties, which are penalized by a carefully-selected interpolation function to yield clear expansion chamber shapes at the end of topology optimization. The objective of the acoustic topology optimization problem formulated in this work is to maximize the transmission loss at a target frequency. The transmission loss value at a deep frequency of a nominal muffler configuration can be dramatically increased by the proposed optimization method. Optimal muffler configurations are also obtained for other frequencies.
A topology optimization methodology, named "smooth boundary topology optimization," is proposed to overcome the shortcomings of cell-based methods. Material boundary is represented by B-spline curves and their control points are considered as design variables. The design is improved by either creating a hole or moving control points. To determine which is more beneficial, a selection criterion is defined. Once determined to create a hole, it is represented by a new B-spline and recognized as a new boundary. Because the proposed method deals with the control points of B-spline as design variables, their total number is much smaller than cell-based methods and it ensures smooth boundaries. Differences between our method and level set method are also discussed. It is shown that our method is a natural way of obtaining smooth boundary topology design effectively combining computer graphics technique and design sensitivity analysis.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.1
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pp.1-8
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2003
Topology optimization has been evolved into a very efficient conceptual design tool and has been utilized into design engineering processes. Traditional topology optimization has been using homogenization method and optimality criteria method. homogenization method provides relationship equation between structure which includes many holes and stiffness matrix in FEM. Optimality criteria method is used to update design variables while maintaining that volume fraction is uniform. Traditional topology optimization has advantage of good convergence but has disadvantage of too much convergency time. In one way to solve this problem, element removal method using the criterion of an average stress is presented. As the result of examples, it is certified that convergency time is very reduced.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.27
no.1
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pp.72-79
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2017
A full treatment of damping material is not an effective method because the damping effect is not significantly increased compared to that obtained by an effective partial damping treatment. Thus, a variety of methodologies has been considered in order to achieve an optimal damping treatment. One of the widely applied approaches is topology optimization. However, the high computational expenses can be an issue in topology optimization. A new efficient convergence criterion, reducible design variable method (RDVM), is applied to reduce computational expense in topology optimization. The idea of RDVM topology optimization is to adaptively reduce the number of design variables based on the history. The iteration repeats until the number of design variables becomes zero. The aim of this research is to adopt RDVM topology optimization into obtaining an optimal damping treatment. In order to demonstrate the effectiveness and efficiency of RDVM topology optimization, optimal damping layouts and computational expenses are compared between conventional and RDVM topology optimization.
Concurrent topology optimization of macrostructure and microstructure has attracted significant interest due to its high structural performance. However, most of the existing works are carried out under deterministic conditions, the obtained design may be vulnerable or even cause catastrophic failure when the load position exists uncertainty. Therefore, it is necessary to take load position uncertainty into consideration in structural design. This paper presents a computational method for robust concurrent topology optimization with consideration of load position uncertainty. The weighted sum of the mean and standard deviation of the structural compliance is defined as the objective function with constraints are imposed to both macro- and micro-scale structure volume fractions. The Bivariate Dimension Reduction method and Gauss-type quadrature (BDRGQ) are used to quantify and propagate load uncertainty to calculate the objective function. The effective properties of microstructure are evaluated by the numerical homogenization method. To release the computation burden, the decoupled sensitivity analysis method is proposed for microscale design variables. The bi-directional evolutionary structural optimization (BESO) method is used to obtain the black-and-white designs. Several 2D and 3D examples are presented to validate the effectiveness of the proposed robust concurrent topology optimization method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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