Seismic performance analysis of steel-brace reinforced concrete (RC) frame using topology optimization in highly seismic region was discussed in this research. Topology optimization based on truss-like material model was used, which was to minimum volume in full-stress method. Optimized bracing systems of low-rise, mid-rise and high-rise RC frames were established, and optimized bracing systems of substructure were also gained under different constraint conditions. Thereafter, different structure models based on optimized bracing systems were proposed and applied. Last, structural strength, structural stiffness, structural ductility, collapse resistant capacity, collapse probability and demolition probability were studied. Moreover, the brace buckling was discussed. The results show that bracing system of RC frame could be derived using topology optimization, and bracing system based on truss-like model could help to resolve numerical instabilities. Bracing system of topology optimization was more effective to enhance structural stiffness and strength, especially in mid-rise and high-rise frames. Moreover, bracing system of topology optimization contributes to increase collapse resistant capacity, as well as reduces collapse probability and accumulated demolition probability. However, brace buckling might weaken beneficial effects.
A GA-based optimum design algorithm and a program for plane steel frame structures with semi-rigid connections are presented. The algorithm is incorporated with the refined plastic hinge analysis method wherein geometric nonlinearity is considered by using the stability functions of beam-column members, and material nonlinearity, by using the gradual stiffness degradation model that includes the effects of residual stresses, moment redistribution through the occurrence of plastic hinges, semi-rigid connections, and geometric imperfection of members. In the genetic algorithm, the tournament selection method and micro-GAs are employed. The fitness function for the genetic algorithm is expressed as an unconstrained function composed of objective and penalty functions. The objective and penalty functions are expressed as the weight of steel frames and the constraint functions, respectively. In particular, the constraint functions fulfill the requirements of load-carrying capacity, serviceability, ductility, and construction workability. To verify the appropriateness of the present method, the optimal design results of two plane steel frames with rigid and semi-rigid connections are compared.
The optimal design method in cooperation with a nonlinear elastic analysis method was presented. The proposed nonlinear elastic method overcame the drawback of the conventional LRFD method this approximately accounts for the nonlinear effect caused by using the moment amplification factors of and. The genetic algorithm uses a procedure based on the Darwinian notions of the survival of the fittest, where selection, crossover, and mutation operators are used to look for high performance among the sections of the database. They satisfy constraint functions and give the lightest weight to the structure. The objective function was set to the total weight of the steel structure. The constraint functions were load-carrying capacities, serviceability, and ductility requirement. Case studies for a two-dimensional frame, a three-dimensional frame, and a three-dimensional steel arch bridge were likewise presented.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.3
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pp.439-452
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1994
A method to optimize the cost of R/C frames and an algorithm of the optimal limit state design for R/C frames subjected to dynamic loads are presented. The modal superposition method was used to find the dynamic responses of the frames. Each member of R/C frame is made up of more than two elements and the stiffness matrix and consistent mass matrix of three d.o.f in the node of each element was used to include axial, shear and flexural effects. The objective function to be minimized formulated the cost of materials, steel and concrete, and optimised to satisfy the behaviors of R/C frame and each constraint imposed by the limit state requirements. Both objective function and each constraint are derived in terms of design variables which include the effective depth, beam width, compression and tension steel area, and column shear steel area. A few applications are presented which demonstrate the feasibility, the validity and efficiency of the algorithm for automated optimum design of R/C frames where dynamic behavior is to be considered.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.59
no.1
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pp.39-45
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2022
Normal strategy of structure optimization procedure has been minimum cost or weight design. Minimum weight design satisfying an allowable stress has been used for the ship and offshore structure, but minimum cost design could be used for the case of high human cost. Natural frequency analysis and forced vibration one have been used for the strength estimation of marine structures. For the case of high precision experiment facilities in marine field, the structure has normally enough margin in allowable stress aspect and sometimes needs high natural frequency of structure to obtain very high precise experiment results. It is not easy to obtain a structure design with high natural frequency, since the natural frequency depend on the stiffness to mass ratio of the structure and increase of structural stiffness ordinary accompanies the increase of mass. It is further difficult at the grillage structure design using the profiles, because the properties of profiles are not continuous but discrete, and resource of profiles are limited at the design of grillage structure. In this paper, the grillage structure design system under the constraint of high natural frequency is introduced. The design system adopted genetic algorithm to realize optimization procedure and can be used at the design of the experimental facilities of marine field such as a towing carriage, PMM, test frame, measuring frame and rotating arm.
Park, Hoo-Myung;Sung, Jae-Kyung;Lee, Yong-Joong;Ha, Man-Kyung
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.7
no.2
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pp.52-59
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2008
The objective of this study is to develop an automatic object changer unit to improve processing problems existed in the conventional horizontal machining center. To achieve this goal, this study designed a horizontal transfer as the second project continued to the first project that designed a upward and downward traverse unit. A horizontal traverse unit shows a symmetric structure and consists of frame, which consists of four unit tools, motor and reducer, which are fixed at a frame, operation unit with pinions, first traverse unit, and second traverse unit. Constraint conditions based on the operation mechanism with these elements were configured and obtained following results after modeling a model for a traverse motor. In the kinematic expression of sliding motion with one degree of freedom, the sliding motion is constrained. Also, the rack 3 installed at a frame is used to configure possible kinematic constraint conditions of the rack 2 according to the rolling motion of the pinion 2 in the first traverse unit. In addition, the moment of inertia that is a type of kinetic energy in a converted horizontal traverse unit in the side of the reducer can be applied to introduce the moment of inertia of a converted horizontal traverse unit in the side of the reducer by using the sum of kinetic energy in the rack and pinion, which is a part of the horizontal traverse unit. Also, the equation of motion of the converted upward and downward traverse unit in the side of the motor using the equation of motion of the motor. Furthermore, the horizontal traverse unit predetermines the mass of the first and second traverse unit and applied load including the radius and reduction ratio of the pitch circle in the pinion 1 and applied load to the rack 2. Then, a proper motor can be determined using several parameters in the upward and downward traverse unit in order to verify such predetermined specifications. In future studies later this study, a simulation that verifies the results of the previous two stages of studies using a finite element method.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.6
no.3
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pp.317-328
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2000
This paper presents an effective approach to collision-free motion planning of a robot in the work-space including time-varying obstacles. The free arc is defined as a set composed of the configuration points of the robot satisfying collision-free motion constraint at each sampling time. We represent this free arc with respect to the new coordinate frame centered at the goal configuration and there for the collision-free path satisfying motion constraint is obtained by connecting the configuration points of the free arc at each sampling mined from the sequence of free arcs the optimality is determined by the performance index. Therefore the complicated collision-free motion planning problem of a robot is transformed to a simplified SUB_Optimal Collision Avoidance Problem(SOCAP). We analyze the completeness of the proposed approach and show that it is partly guaranteed using the backward motion. Computational complexity of our approach is analyzed theoretically and practical computation time is compared with that of the other method. Simulation results for two cally and practical computation time is compared with that of the other method. Simulation results for two SCARA robot manipulators are presented to verify the efficacy of the proposed method.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.7
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pp.1604-1618
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1995
In the process of mechanical assembly design, assembly modeling systems have been used mainly for the design verification before manufacturing by enabling to check the interference and/ or the dynamic and kinematic performance. However, the conventional assembly modeling systems have a shortcoming that they can not be used in the initial design stage but can be used only after the design is fully completed. In other words conventional assembly modeling systems provide bottom-up modeling which means that the detailed modeling of components must precede the definition of relationships between them. To resolve this problem, an assembly modeling system is proposed to provide a top-down modeling environment in which components and assembly can be modeled simultaneously. To this end, an assembly data structure suitable for top-down assembly modeling has been established. Feature positioning Module(FPM) using geometric constraints has been also developed. The Sekective Solving Method proposed for FPM is based on the priority between the constraint equations and enables the designer's intent expressed by geometric constraints to be maintained throughout the whole modeling process. Finally, the feature based modeling technique using two-level features has been developed. Two-level features include an abstract model and a detailed model in a merged form in non-manifold data frame.
Kim, Jae-Gon;Wang, Yong;Chang, Shih-Fu;Kim, Hyung-Myung
ETRI Journal
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v.27
no.4
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pp.341-354
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2005
The adaptation of video according to the heterogeneous and dynamic resource constraints on networks and devices, as well as on user preferences, is a promising approach for universal access and consumption of video content. For optimal adaptation that satisfies the constraints while maximizing the utility that results from the adapted video, it is necessary to devise a systematic way of selecting an appropriate adaptation operation among multiple feasible choices. This paper presents a general conceptual framework that allows the formulation of various adaptations as constrained optimization problems by modeling the relations among feasible adaptation operations, constraints, and utilities. In particular, we present the feasibility of the framework by applying it to a use case of rate adaptation of MPEG-4 video with an explicit modeling of adaptation employing a combination of frame dropping and discrete cosine transform coefficient dropping, constraint, utility, and their mapping relations. Furthermore, we provide a description tool that describes the adaptation-constraint-utility relations as a functional form referred to as a utility function, which has been accepted as a part of the terminal and network quality of service tool in MPEG-21 Digital Item Adaptation (DIA).
Video delivery from a server to a client across a network system is an important part of many multimedia applications. Usually, the network system has constraint in both the amount of network bandwidth and the buffer size in the client. While delivering a video stream across such a constrained network system, loss of frames may be unavoidable. The system resources consumed by the dropped frames are wasted, and the losses of frames would result in discontinuous display at the client. In this paper, for delivering hierarchically encoded video stream, we introduce the notion of selective layer discard algorithm at the server which not only preemptively discards data at the server but also drops less important part of a frame instead of the entire frame. By the simulation, we compare the proposed selective layer discard algorithm and the existing selective frame discard algorithm. The simulation results show that the proposed algorithm may improve the quality of decoded video, and decrease the replay discontinuity at the client.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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