Composite sandwich structure can improve the specific bending stiffness significantly and save the weight nearly 30 percent compared with the composite laminates. However, it has more inherent uncertainties of the material property caused by manufacturing process than metals. Therefore, the reliability-based probabilistic design approach is required. In this paper, the PMS(Probabilistic Margin of Safety) is calculated for the simplified fuselage structure made of composite sandwich to provide the probabilistic reasonable evidence that the classical design method based on the safety factor cannot ensure the structural safety. In this phase, the probability density function estimated by CMCS(Crude Monte-Carlo Simulation) is used. Furthermore, the RBDO(Reliability-Based Design Optimization) under the probabilistic constraint are performed, and the RBDO-MPDF(RBDO by Moving Probability Density Function) is proposed for an efficient computation. The examined results in this paper can be helpful for advanced design techniques to ensure the reliability of structures under the uncertainty and computationally inexpensive RBDO methods.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.40
no.3
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pp.297-304
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2016
A numerical simulation has been performed for the penetration of a long-rod penetrator into a metal block (ceramic-tile-inserted 4340-steel plate). The impact velocity is 1.5km/s at a normal incidence angle. The first two validations are conducted for a semi-infinite block measuring the depth of penetration (DOP). The material model of ceramic is the JH-2 (Johnson-Holmquist) model. The predicted DOP values are in close agreement with the experimental data. Then, the primary simulation is performed by varying the position of the confined ceramic tile for three types of thickness of ceramic tile. The residual velocity, residual mass and residual kinetic energy of the long-rod are obtained from the simulation. Based on these predicted values, the trend of the ballistic performance of the protective structure is estimated. In addition, the mass efficiency is calculated in order to determine the performance of the ceramic-tile-inserted metal block. Finally, the optimum protective structure is identified.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.37
no.10
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pp.1279-1289
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2013
In recent times, turbomolecular pumps (TMPs) have been used frequently to generate and maintain high and clean vacuum. Because of the high-speed rotation of the rotor, its structural safety should be treated as the first design concern. This paper presents the structural analysis and optimization of rotor blades of a TMP. To increase the numerical efficiency in the finite element modeling and analysis, the P-method provided in Pro/ENGINEER was used for simulation. The structural responses for several types of rotor blades were investigated, and the effects of the blade angle, blade length, and round size are thoroughly studied for each type of TMP blade. In addition, structural optimization to reduce and even the maximum stress at each stage of the TMP by changing the size of rounds between the blade and the hub was performed very successfully by using the P-method.
Advanced analysis and optimal design of semi-rigid space steel frames were presented. The advanced analysis can predict the combined nonlinear effects of connection, geometry, and material on the behavior and strength of semi-rigid frames. The Kishi-Chen power model was used to describe the nonlinear behavior of semi-rigid connections. Geometric nonlinearity was determined using stability functions. Material nonlinearity was determined using the Column Research Council (CRC) tangent modulus and the parabolic function. The direct search method proposed by Choi and Kim was used as optimization technique. One by one, the member with the largest unit value evaluated using the LRFD interaction equation were placed adjacent to a larger member selected from the database. The objective function was assumed to be the weight of steel frame, while the constraint functions were load-carrying capacities, deflections, inter-story drifts, and the ductility requirements. The member sizes determined using the proposed method were compared to those derived from the conventional LRFD method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.1
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pp.71-78
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2014
Door hinges of large refrigerators are required to ensure that the doors open and close smoothly in addition to supporting door weights and enduring the impact loads due to door opening and closing. However, door hinge design is difficult because of complex hinge mechanisms and sensitive structural safety. In this study, the mechanism satisfying the required spring response, space constraints, and structural strength is optimized, and the volume of the outer frame covering the hinge mechanism is minimized for reducing production costs. The entire design process is automated using the PIDO(Progress Integration and Design Optimization) technique, which achieves an efficient design process. Therefore, the frame mass is reduced to 24%, and the mechanism performance and structural stability are improved.
The high viscosity of a LiCl(lithium chloride) solution as an absorbent in a solar energy regenerator causes a channeling phenomenon on the solar powered absorber plate surface when the solution is trickling down for regenerating itself. As this channeling phenomenon affects badly the heat and mass transfer, it is pertinent that this phenomenon be studied. Since regenerating performance of the solar energy regenerator depends on how the solution uniformly flows on the plate surface, an experiment on the structure of the plate surface for a model regenerator was conducted. Various shapes and structures of the plat surface down which the LiCl solution trickled were tested, and it was found that a tiered surface showed the highest water evaporation rate leaving more potential energy concentrating LiCl on the plate. It was also observed that the water evaporation rate depended largely on the pitch and height of the disturbing rods. In addition, the wider the contact area is and the longer the solution's flow time, the better the solar energy regenerator's performance.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.30
no.2
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pp.153-158
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2017
In this paper, we take into account topology optimization problems considering spatial randomness in the material property of elastic modulus. Based on 88 lines MATLAB Code, Monte Carlo analysis has been performed for MBB(messerschmidt-$b{\ddot{o}}lkow$-blohm) model using 5,000 random sample fields which are generated by using the spectral representation scheme. The random elastic modulus is assumed to be Gaussian in the spatial domain of the structure. The variability of the volume fraction of the material, which affects the optimum topology of the given problem, is given in terms of correlation distance of the random material. When the correlation distance is small, the randomness in the topology is high and vice versa. As the correlation distance increases, the variability of the volume fraction of the material decreases, which comply with the feature of the linear static analysis. As a consequence, it is suggested that the randomness in the material property is need to be considered in the topology optimization.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.16
no.4
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pp.431-437
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2003
In this paper, an approximate optimization program based on GUI(graphic user interface) environment is developed. This program is coded by using Fortran and Visual basic. Fortran is used to Progress approximate optimization process. Visual basic is used to make user environment for user to use conveniently. Inside of this program, it uses two independent programs. One is commercial program, ANSYS, and the other is optimization program, PLBA(Pshenichny-Lim-Belegundu Arora). The former is used to obtain approximate equation of stress and displacement of a structure. The latter is used to solve approximate optimization. This algorithm uses second-order information of a function and active set strategy. This program is connecting ANSYS and PLBA. And it progress the process repeatedly until it obtain optimum value. As a method of approximate optimization, sequential design domain(SDD) is introduced. SDD starts with a certain range which is offseted from midpoint of an initial design domain and then SDD of the next step is determined by optimal point of a prior step.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.34
no.11
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pp.1595-1602
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2010
A disposable drug infuser is used to provide drugs to patients who are not hospitalized; in this infuser, an elastic recovery force is exerted by a diaphragm made of a rubber-like materialsuch that a constant amount of drugs is provided to a patient. The drug infuser has to control the speed and amount of drugs to be released, as well as the overall duration for which they are to be administered. However, in a drug infuser with an elastic diaphragm, the infusion pressure depends on the amount of drug remaining within the infuser, and the amount of drug infused gradually decreases as the amount remaining in the infuser decreases. In this study, a finite element procedure involving the application of the fluid-structure interaction technique was developed and the performance of the elastic type disposable drug infuser was analyzed. The optimum design for ensuring that the infusion pressure remains constant throughout the duration of usage, including during infusion and discharge, was determined by this procedure.
Lee K.-H.;Min K. A.;PARK H. W.;Han D. S.;Han G. J.
Journal of Navigation and Port Research
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v.29
no.5
s.101
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pp.415-420
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2005
LMTT (Linear Motor-based Transfer Technology) is the horizontal transfer system for yard automation, which has been proposed to take the place of AGV (Automated Guided Vehicle) in the maritime container terminal. The system is based on PMLSM (Permanent Magnetic Linear Synchronous Motor) that consists of stator modules on the rail and shuttle car. It is desirable to reduce the weight of LMTT in order to control the electronic devices with minimum energy. In this research, structural optimization for a mover of shuttle car is performed to minimize the weight satisfying design criteria. The objective function is set up as weight. On the contrary, the design variables are transverse, longitudinal and wheel beams' thicknesses and its height, and the constraints are considered as strength and stiffness.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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