Kim, Ho-Soo;Park, Young-Sin;Yang, Myung-Kyu;Lee, Min-Ho;Kim, Jae-Yoon
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.10
no.4
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pp.59-66
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2010
This study presents the topology optimization technique by density method to determine the initial shape of space truss structures. Most initial shape design is performed by designer's previous experiences and trial and error method instead of the application of reasonable optimization method. Thus, the reasonable and economical optimization methods are needed to be introduced for the initial shape design. Therefore, we set design domain for cantilever space truss structure as an example model. And topology optimization is used to obtain optimum layout for them, and then size optimization method is used to find the optimum member size. Therefore, the reasonable initial optimal shapes of spatial truss structures can be obtained through the topology and size optimization using density method.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.22
no.5
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pp.501-507
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2009
By using topology and shape optimization, a theoretically optimum FRP deck was proposed. Firstly, a topologically optimal shape, truss-like structure without hinges, was found. A truss-shape frame is the most ideal structure when subjected to a concentrated force at the center of simply supported beam. An armature was found at the point joining horizontal chord and diagonal chord, which was used as a new design variable. Secondly, optimum value of each variable was decided through shape optimization using genetic algorithm. To compare it with existing commercial FRP decks, shape optimization was performed by fixing the height of FRP decks. To verify the performance of the FRP deck proposed in this study, a finite element analysis was performed. As a result, it satisfies serviceability and safety guide lines of FRP decks.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.26
no.5
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pp.351-358
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2013
In the electric power supplying industry, outdoor sealing end (pothead) is used and sometimes it is necessary to check the seismic qualification analysis or test which is intended to demonstrate that the equipment have adequate integrity to withstand stress of the specified seismic event and still performs their function. And since the pothead is mounted on the supporting jig, the avoidance of resonance between the pothead and jig is required. In order to design jig, three types of optimization are performed to get the minimum weight while satisfying the natural frequency constraint using ANSYS. Optimal array, position and thickness of truss members of the jig are obtained through topology, shape and sizing optimization process, respectively. And seismic analysis of the pothead on the jig for given RRS acceleration computes the displacement and stress of the pothead which shows the safety of the pothead. The obtained natural frequency, mass, and member thickness of the jig are compared with those of the reference jig which was used for seismic experimental test. The numerical results of the jig in the research is more optimized than the jig used in the experimental test.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.3
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pp.309-314
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2014
The structural layout of mechanical and civil structures is commonly obtained using conventional methods. For example, the shape of structures such as electric transmission towers and offshore substructures can be generated systematically. However, with rapid advancements in computer graphic technology, advanced structural analyses and optimum design technologies have been implemented. In this study, the structural shape of a jacket substructure for an offshore wind turbine is investigated using a topology optimization technique. The structure is subjected to multiple loads that are intended to simulate the loading conditions during actual operation. The optimization objective function is defined as one that ensures compliance of the structure under the given boundary conditions. Optimization is carried out with constraints on the natural frequency in addition to the volume constraint. The result of a first step model provides quick insights into the optimum layout for the second step structure. Subsequently, a 3D model in the form of the frustum of a quadrilateral pyramid is developed through topology optimization.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.25
no.6
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pp.559-567
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2012
A level set based topological shape optimization method for nonlinear structure considering hyper-elastic problems is developed. To relieve significant convergence difficulty in topology optimization of nonlinear structure due to inaccurate tangent stiffness which comes from material penalization of whole domain, explicit boundary for exact tangent stiffness is used by taking advantage of level set function for arbitrary boundary shape. For given arbitrary boundary which is represented by level set function, a Delaunay triangulation scheme is used for current structure discretization instead of using implicit fixed grid. The required velocity field in the actual domain to update the level set equation is determined from the descent direction of Lagrangian derived from optimality conditions. The velocity field outside the actual domain is determined through a velocity extension scheme based on the method suggested by Adalsteinsson and Sethian(1999). The topological derivatives are incorporated into the level set based framework to enable to create holes whenever and wherever necessary during the optimization.
Park, Jeong-hun;Jeon, Seung-tae;Lee, Tae-jin;Kang, Jeong-dae;Kang, Myung-Chang
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.17
no.3
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pp.141-147
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2018
Recently, interest in customers has shifted to the emotional quality of customers as the driving, handling, and collision stability of automobiles have been greatly improved. The NVH performance of a vehicle is quantified and evaluated from the DPDS. To improve the DPDS, we need to optimize the shape without considering the increases in thickness of the parts or additions to the parts. And at the same time, we need to establish design and analysis processes to satisfy the requirements of the DPDS.
In this paper, the spatial randomness and probability characteristics of material properties are inversely estimated by using a set of the stochastic fields for the material properties of geotechnical structures. By using the probability distribution and probability characteristics of these estimated material properties, topology optimization is performed on structure shape, and the results are compared with the existing deterministic topology optimization results. A set of stochastic fields for material properties is generated, and the spatial randomness of material properties in each field is simulated. The probability distribution and probability characteristics of actual material properties are estimated using the partial values of material properties in each stochastic field. The probability characteristics of the estimated actual material properties are compared with those of the stochastic field set. Also, response variability of the ground structure having a modulus of elasticity with randomness is compared with response variability of the ground structure having a modulus of elasticity without randomness. Therefore, the quantified stochastic topology optimization result can be obtained with considering the spatial randomness of actual material properties.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.3
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pp.22-30
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2017
This paper presents the research results of a light weight through topology optimization and structural safety evaluation through structural analysis of a pressure system structure installed in an off-shore plant. Conducting a structure design according to the wind load and the dynamic load at sea in addition to a self-load and structure stability evaluation are very important for structures installed in off-shore plants. In this study, the wind and dynamic load conditions according to the DNV classification rule was applied to the analysis. The topology optimization method was applied to the structure to obtain a lightweight shape. Phase optimization analysis confirmed the stress concentration portion. Topology optimization analysis takes the shape by removing unnecessary elements in the design that have been designed to form a rib shape. Based on the analysis results about the light weight optimal shape, a safety evaluation through structural analysis and suitability of the shape was conducted. This study suggests a design and safety evaluation of an off-shore plant structure that is difficult for structural safety evaluations using an actual test.
The objective of this study is the development of size, shape and topology discrete optimum design algorithm which is based on the genetic algorithm. The algorithm can perform both shape and topology optimum designs of trusses. The developed algorithm was implemented in a computer program. For the optimum design, the objective function is the weight of trusses and the constraints are stress and displacement. The basic search method for the optimum design is the genetic algorithm. The algorithm is known to be very efficient for the discrete optimization. The genetic algorithm consists of genetic process and evolutionary process. The genetic process selects the next design points based on the survivability of the design points selected form the genetic process. The evolutionary process evaluates the survivability of the design points. The evolutionary process evaluates the survivability of the design points selected form the genetic process. The efficiency and validity of the developed size, shape and topology discrete optimum design algorithm was verified by applying the algorithm to optimum design examples.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.1
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pp.9-16
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2014
Using a level set method and topological derivatives, a topological shape optimization method that is independent of an initial design is developed for linearly elastic structures. In the level set method, the initial domain is kept fixed and its boundary is represented by an implicit moving boundary embedded in the level set function, which facilitates to handle complicated topological shape changes. The "Hamilton-Jacobi(H-J)" equation and computationally robust numerical technique of "up-wind scheme" lead the initial implicit boundary to an optimal one according to the normal velocity field while minimizing the objective function of compliance and satisfying the constraint of allowable volume. Based on the asymptotic regularization concept, the topological derivative is considered as the limit of shape derivative as the radius of hole approaches to zero. The required velocity field to update the H-J equation is determined from the descent direction of Lagrangian derived from optimality conditions. It turns out that the initial holes are not required to get the optimal result since the developed method can create holes whenever and wherever necessary using indicators obtained from the topological derivatives. It is demonstrated that the proper choice of control parameters for nucleation is crucial for efficient optimization process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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