Many studies have been focused on how to manufacture ultra light metal structures and optimize them. In this study, we introduced a new idea to make sandwich panels with quasi-Kagome truss cores. First, metal sheets with a peculiar pattern of slits were expanded to be meshes, they are crimped into a triangular wave pattern, and then one third of struts were bent reversely to be quasi-Kagome trusses. Finally, two face sheets were bonded on the upper and the lower sides. The bending strength was estimated through elementary mechanics for the sandwich specimens with two kinds of face sheet the results of estimation were compared with the those of finite element analyses and experiments.
We present the optimum design for the cross-sectional(sizing) and shape optimization of truss structures with natural frequency constraints. The optimum design method used in this paper employs continuous design variables and the Harmony Search Algorithm(HSA). HSA is a meta-heuristic search method for global optimization problems. In this paper, HSA uses the method of random number selection in an update process, along with penalty parameters, to construct the initial harmony memory in order to improve the fitness in the initial and update processes. In examples, 10-bar and 72-bar trusses are optimized for sizing, and 37-bar bridge type truss and 52-bar(like dome) for sizing and shape. Four typical truss optimization examples are employed to demonstrate the availability of HSA for finding the minimum weight optimum truss with multiple natural frequency constraints.
최적설계기법을 사용한 경제적인 설계의 필요성은 오래 전부터 요구되어 왔으나, 종전의 설계가 설계자의 경험에 의한 시행착오적인 반복설계를 통하여 이루어져 왔기 때문에 구조물의 형상이 복잡한 경우에는 계산상의 어려움과 반복계산을 되풀이해야 하는 번거로움으로 진정한 최적설계는 기대하기 어려웠다. 최적설계법이 구조물의 설계에 매우 유용하다는 사실이 증명되고 있긴 하지만, 아직도 최적설계의 의미를 제대로 이해하지 못하고 있는 실정이며, 더구나 설계실무자는 어디까지나 사용자이기 때문에 수리적 계획수법에 친숙할 필요까지는 없지만 최소한 이런 기법의 가능성과 중요성을 이해할 필요는 있는데 대부분 그러하지 못하고 있는 실정이다. 일반적으로 트러스 구조물 설계 시 주어진 부재의 응력에 따라 단면적을 산출하여 그 단면적에 역학적으로 가장 합리적인 단면을 선정하여 경제적인 설계단면을 구한다. 그러나 트러스의 형상, 트러스 높이에 따른 경제성의 문제는 보통 설계자의 경험과 직관에 의하여 결정되고, 특별한 검토가 이루어지지 않고 설계가 수행되는데, 실제 트러스 구조물에서 트러스의 형상과 높이가 전체 건설공사비에 크게 영향을 미친다. 그러므로, 트러스 구조물의 최적설계에서 트러스 형상, 라이즈 비(rise ratio : 높이/스팬) 및 격간 수(number of panel)를 고려하는 것이 필요하다. 트러스 형상과 스팬에 따른 최적형상과 최적높이 및 격간 수에 대해 설계자의 초기 구조계획 시 주관적 선택의 어려움을 해결하고, 실제의 지붕형 트러스 구조에 설계하중을 작용시켜 응력해석에서부터 부재 단면설계까지의 자동화된 최적설계 알고리즘을 개발할 필요가 있다. 따라서 본 연구는 플랫 트러스의 형상, 격간 수, 격간의 간격 및 부재단면 등에 대하여 이산적인 변수의 처리와 넓은 설계 공간의 탐색능력과 더불어 문제의 비선형성과 관계없이 전체 최적해를 찾아낼 수 있는 유전자 알고리즘을 이용한다. 또한, 강 구조 한계상태설계기준(대한건축학회, 1998)을 기준으로 하여 자동으로 플랫 트러스의 구조계획과 단면이산화 최적설계를 동시에 수행할 수 있는 최적화 알고리즘을 제시하는 것을 목적으로 한다.
HSA800은 건축구조용 고성능 강재로서 KS규격에 항복강도 650MPa-770MPa, 인장강도 800MPa-950MPa를 가지며 항복비(항복강도/인장강도) 또한 0.85이하로 제한되어있으며 TMCP 기법으로 제조되어 뛰어난 용접성을 나타내는 특징이 있다. 본 연구에서는 국내 최초의 초고층 빌딩인 롯데월드타워의 메가 구조부재를 대상으로 고강도 강재 적용시 구조물 안전성의 변동사항 및 시공성 개선 등을 검토하여 경제적 설계를 위한 대안을 제시하는 것을 목적으로 한다. 대상 부재로는 아웃리거 코어월 매립부 상/하현재, 벨트트러스, 외곽 철골기둥이 선정되었다. 원설계 단면을 등가 도강도 강재 단면으로 환산하여 두께를 결정한 후 중력저항모델, 횡력저항모델, 연쇄붕괴 모델을 구조해 석시뮬레이션을 통하여 성능을 비교 평가하였다. 그 결과 횡강성에 영향을 주지 않는 부재는 고강도 강재 적용이 가능하며 원설계 대비 약 1100톤의 물량 절감 효과가 있었다. 따라서, 고강도 강재를 사용하면 부재 두께를 줄일 수 있으므로 부재 제작성 및 시공성이 향상될 수 있을 것으로 기대된다.
Most engineering optimization are based on numerical linear and nonlinear programming methods that require substantial gradient information and usually seek to improve the solution in the neighborhood of a starting point. These algorithm, however, reveal a limited approach to complicated real-world optimization problems. If there is more than one local optimum in the problem, the result may depend on the selection of an initial point, and the obtained optimal solution may not necessarily be the global optimum. This paper describes a new harmony search(HS) meta-heuristic algorithm-based approach for structural size optimization problems with continuous design variables. This recently developed HS algorithm is conceptualized using the musical process of searching for a perfect state of harmony. It uses a stochastic random search instead of a gradient search so that derivative information is unnecessary. Two classical space truss optimization problems are presented to demonstrate the effectiveness and robustness of the HS algorithm. The results indicate that the proposed approach is a powerful search and optimization technique that may yield better solutions to structural engineering problems than those obtained using current algorithms.
Distributed operation of overall structural design process, by which product and process optimization are implemented, is presented in this paper. The database-interconnected multilevel hybrid method, in which the conventional design method and the optimal design approach are combined, is utilized there. The method selectively takes the accustomed procedure of the conventional method in the conceptional framework of the optimal design. Design conditions are divided into primary and secondary criteria This staged application of design conditions reduces the computational burden for large complex optimization problems. Two kinds of numeric and graphic processes, are simultaneously implemented on the basis of concurrent engineering concepts in the distributed environment of PC networks. Numerical computation on server and graphic works on independent client are communicated through message passing. Numerical design is based on the optimization methodology and the drawing process is carried out by AutoCAD using the AutoLISP programming language. The prototype design experimentation for some steel trusses shows the validity and usability of the method. This study has sufficient adaptability and expandability in methodology, in that it is based on general theory and industry standard systems.
Truss members built-up with double angles back-to-back have monosymmetric cross-section and twisting always accompanies flexion upon the onset of buckling about the axis of symmetry. Approximate formulae for calculating the buckling capacity are presented in this paper for routine design purpose. For a member susceptible only to flexural buckling, its optimal cross-section should consist of slender plate elements so as to get larger radius of gyration. But, occurrence of twisting changes the situation owing to the weakness of thin plates in resisting torsion. Criteria for limiting the leg slenderness are discussed herein. Truss web members in compression are usually considered as hinged at both ends for out-of-plane buckling. In case one (or both) end of member is not supported laterally by bracing member, its adjoining members have to provide an elastic support of adequate stiffness in order not to underdesign the member. The stiffness provided by either compression or tension chords in different cases is analyzed, and the effect of initial crookedness of compression chord is taken into account. Formulae are presented to compute the required stiffness of chord member and to determine the effective length factor for inadequately constrained compressive diagonals.
Tejani, Ghanshyam G.;Savsani, Vimal J.;Patel, Vivek K.
Journal of Computational Design and Engineering
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제3권3호
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pp.226-249
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2016
The symbiotic organisms search (SOS) algorithm is an effective metaheuristic developed in 2014, which mimics the symbiotic relationship among the living beings, such as mutualism, commensalism, and parasitism, to survive in the ecosystem. In this study, three modified versions of the SOS algorithm are proposed by introducing adaptive benefit factors in the basic SOS algorithm to improve its efficiency. The basic SOS algorithm only considers benefit factors, whereas the proposed variants of the SOS algorithm, consider effective combinations of adaptive benefit factors and benefit factors to study their competence to lay down a good balance between exploration and exploitation of the search space. The proposed algorithms are tested to suit its applications to the engineering structures subjected to dynamic excitation, which may lead to undesirable vibrations. Structure optimization problems become more challenging if the shape and size variables are taken into account along with the frequency. To check the feasibility and effectiveness of the proposed algorithms, six different planar and space trusses are subjected to experimental analysis. The results obtained using the proposed methods are compared with those obtained using other optimization methods well established in the literature. The results reveal that the adaptive SOS algorithm is more reliable and efficient than the basic SOS algorithm and other state-of-the-art algorithms.
본 논문은 마이크로 유전 알고리즘을 이용하여 그리드 구조물의 최적화를 수행하고 초기인장력이 최적화에 미치는 영향을 분석하였다. 최적화시 여러 제약조건을 설정하여 구조물의 물량이 최소화 되도록 부재의 단면을 찾는 최적 설계를 수행하였다. 알고리즘의 검증을 위해 10-bar 트러스트 예제로 설정하여 이전 연구 결과와의 비교를 하였다. 이를 바탕으로 초기인장력이 적용된 트러스트 구조물의 최적화가 가능한 다음과 같은 기법을 사용하여 그리드 형태인 72-bar 트러스의 최적화를 수행하였으며, 이전 연구결과와 비교하여 이를 입증하였다. 최적화시 초기인장력 크기를 달리하여 트러스 구조물의 최적화를 수행하였으며, 물량이 최소화되는 최적화된 초기 인장력 값도 찾았다.
This study proposes a method of generating steel house shop drawing in an automated design method, reducing construction manpower and period. With one hour fire-resistant approval code, reflecting work ability and efficiency, steel-framed house market is expected to extend from one or two story house to multi-purpose facilities up to four story height. More models have been constructed in this system than the first appearance of fire-resistant approval in Korea in 1997. Also, cost estimation of components such as frame walls, roof trusses and floors is obtained with shop drawings. Also, the lack of suppliers of steel framed house shop drawing and unstandardized drawing method get constructors have difficulty in understanding its design. In steel framed house industry, shop drawings are essential part in building and constructing framework and they have major effects on construction deadlines and expenses. By exploring method of shop drawing automation, this study aims to optimize work flow with a standardized drawing method. The proposed system can be applied to manufacturing automation in domestic industry of factory-built panelizing method in the near future.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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