The evolutionary structural optimization(ESO) method has been under continuous development since 1992. The bidirectional evolutionary structural optimization(BESO) method is made of additive and removal procedure. The BESO method is very useful to search the global optimum and to reduce the computational time. This paper presents the ranked bidirectional evolutionary structural optimization(R-BESO) method which adds elements based on a rank, and the performance indicator which can estimate a fully stressed model. The R-BESO method can obtain the optimum design using less iteration number than iteration number of the BESO.
Fenu, Luigi;Briseghella, Bruno;Marano, Giuseppe Carlo
Structural Engineering and Mechanics
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제68권1호
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pp.121-130
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2018
This study deals with optimum geometry design of laterally loaded piles in a Winkler's medium through the Fully Stressed Design (FSD) method. A numerical algorithm distributing the mass by means of the FSD method and updating the moment by finite elements is implemented. The FSD method is implemented here using a simple procedure to optimise the beam length using an approach based on the calculus of variations. For this aim two conditions are imposed, one transversality condition at the bottom end, and a one sided constraint for moment and mass distribution in the lower part of the beam. With this approach we derive a simple condition to optimise the beam length. Some examples referred to different fields are reported. In particular, the case of laterally loaded piles in Geotechnics is faced.
To reduce stress concentration around the intersection between a spherical pressure vessel and a cylindrical nozzle under various load conditions using less material, the optimization for the distribution of reinforcement has researched. The ranked bidirectional evolutionary structural optimization(R-BESO) method is developed recently, which adds elements based on a rank, and the performance indicator which can estimate a fully stressed model. The R-BESO method can obtain the optimum design using less iteration number than iteration number of the BESO. In this paper, the optimized intersection shape is sought using R-BESO method for a flush and a protruding nozzle. The considered load cases are a radial compression, torque and shear force.
As the common cast-in-place construction works fails to meet the enormous construction demand under rapid economic growth, the development of prefabricated structure instead becomes increasingly promising in China. For the prefabricated structure, its load carrying connection joint play a key role in maintaining the structural integrity. Therefore, a novel end plate bolt connecting joint between fully prefabricated pre-stressed concrete beam and high-strength reinforcement-confined concrete column was proposed. Under action of low cycle repeated horizontal loadings, comparative tests are conducted on 6 prefabricated pre-stressed intermediate joint specimens and 1 cast-in-place joint specimen to obtain the specimen failure modes, hysteresis curves, skeleton curves, ductility factor, stiffness degradation and energy dissipation capacity and other seismic indicators, and the seismic characteristics of the new-type prefabricated beam-column connecting joint are determined. The test results show that all the specimens for end plate bolt connecting joint between fully prefabricated pre-stressed concrete beam and high-strength reinforcement-confined concrete column have realized the design objectives of strong column weak beam. The hysteretic curves for specimens are good, indicating desirable ductility and energy dissipation capacity and seismic performances, and the research results provide theoretical basis and technical support for the promotion and application of prefabricated assembly frames in the earthquake zone.
본 연구는 부재의 응력, 절점의 횡변위 등 거동적 제약과 설계변수에 가해지는 부차적 제약을 받는 평면뼈대 구조물의 설계에 적용할 수 있는 최적규준을 제안하고자 하는 것이다. 변위 및 응력제약 모두에 1차 근사법을 적용하며 이는 전응력 설계방법과 다른 점이다. 비선형인 제약조건식을 푸는데 Newton-Raphson방법을 이용하고 최소치수 제약과 관련하여 설계공간을 축소하는 등 수학적으로 엄밀한 방법으로 재설계 알고리즘을 유도하였다. 적용 예를 통하여 이 방법이 정확한 방법임이 입증되었으며 전응력 설계가 최적설계가 되지 못하는 경우도 종종 발견되었다. 이 방법은 복잡한 계산과정 만큼 그 이용가치가 있으며 단순한 응력비 알고리즘을 이용하는 대부분의 최적규준 방법에 대치되어야 할 것이다. 특히, Computer의 지속적인 발전은 이 방법의 보편적인 이용을 가능하게 할 것이다.
본(本) 연구(硏究)는 처짐과 응력제약(應力制約)을 받는 평면(平面)뼈대의 정확(正確)한 최적설계(最適設計)를 얻을 수 있는 Optimality Criteria 방법(方法)을 제시(提示)하고 있다. 여기서 평면(平面) 뼈대의 맨 윗층의 횡변위(橫變位)만을 거동적(擧動的) 제약(制約)에 포함(包含)시킴으로써 수학적(數學的)으로 엄격(嚴格)하면서도 효율적(効率的)인 방법(方法)이 되도록 하였다. 부재(部材)의 휨응력(應力)은 fully-stressed-design의 개념(槪念)에 근거(根據)하여 부차적(副次的) 제약(制約)으로만 취급(取扱)되었으나 최종설계(最終設計)의 최적성(最適性)을 判별(判別)하기 위하여 최종(最終) 단계(段階)에서 이들을 모두 거동적(擧動的) 제약(制約)으로 취급(取扱)한 새로운 Optimality Criteria를 유도(誘導)하고 이의 만족(滿足) 여부(與否)를 알아 보도록 하였다. 이 방법(方法)은 단순(單純)하고 효율적(効率的)이면서도 엄격(嚴格)한 Optimality Criteria를 채용(採用) 함으로써 보다 나은 설계(設計)를 구(求)할 수 있음을 예제(例題)를 통(通)하여 보였다.
This paper is concerned with the optimal seismic design of added viscous dampers in yielding plane frames. The total added damping is minimized for allowable values of local performance indices under the excitation of an ensemble of ground motions in both regular and irregular structures. The local performance indices are taken as the maximal inter-story drift of each story and/or the normalized hysteretic energy dissipated at each of the plastic hinges. Gradients of the constraints with respect to the design variables (damping coefficients) are derived, via optimal control theory, to enable an efficient first order optimization scheme to be used for the solution of the problem. An example of a ten story three bay frame is presented. This example reveals the following 'fully stressed characteristics' of the optimal solution: damping is assigned only to stories for which the local performance index has reached the allowable value. This may enable the application of efficient and practical analysis/redesign type methods for the optimal design of viscous dampers in yielding plane frames.
This paper describes the design scheme of the three-dimensional structures based on the concept of the cellular automata simulation. The cellular automata simulation is performed according to the local rule. In this paper, the local rule is derived in the mathematical formulation from the optimization problem. The cell density is taken as the design variable. Two objective functions are defined for reducing the total weight of the structure and obtaining the fully stressed structure. The constraint condition is defined for defining the local rule. The penalty function is defined from the objective functions and the constraint condition. Minimization of the penalty function with respect to the design parameter leads to the local rule. The derived rule is applied to the design of the three-dimensional structure first. The final structure can be obtained successfully. However, the computational cost is expensive. So, in order to reduce the computational cost, the material parameters $c_1$ and $c_2$ and the value of the cell rejection criterion (CRC) are changed. The results show that the computational cost depends on the parameters and the CRC value.
In this study, seismic performance of various types of valve supports in terms of flexural rigidity are evaluated by FEA using equivalent static load method. Flexural rigidity of the existing two types of valve supports can be effectively improved by simply adding one more bracket on the other side of support. New types of polygonal valve supports with a concept of fully stressed beam theory are suggested and it is verified that the new supports are rigid enough to withstand stronger earthquake which we should be prepared for.
Seismic analysis for steel frame structure with brace configuration using topology optimization based on truss-like material model is studied. The initial design domain for topology optimization is determined according to original steel frame structure and filled with truss-like members. Hence the initial truss-like continuum is established. The densities and orientation of truss-like members at any point are taken as design variables in finite element analysis. The topology optimization problem of least-weight truss-like continuum with stress constraints is solved. The orientations and densities of members in truss-like continuum are optimized and updated by fully-stressed criterion in every iteration. The optimized truss-like continuum is founded after finite element analysis is finished. The optimal bracing system is established based on optimized truss-like continuum without numerical instability. Seismic performance for steel frame structures is derived using dynamic time-history analysis. A numerical example shows the advantage for frame structures with brace configuration using topology optimization in seismic performance.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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