In this study, a mixed-interpolated tensorial component 4 nodes method (MITC4) is treated as a numerical analysis model for topology optimization using multiple materials assigned within Reissner-Mindlin plates. Multi-material optimal topology and shape are produced as alternative plate retrofit designs to provide reasonable material assignments based on stress distributions. Element density distribution contours of mixing multiple material densities are linked to Solid Isotropic Material with Penalization (SIMP) as a design model. Mathematical formulation of multi-material topology optimization problem solving minimum compliance is an alternating active-phase algorithm with the Gauss-Seidel version as an optimization model of optimality criteria. Numerical examples illustrate the reliability and accuracy of the present design method for multi-material topology optimization with Reissner-Mindlin plates using MITC4 elements and steel materials.
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.17
no.11
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pp.1082-1089
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2011
Most engineered systems are designed with high levels of system redundancies to satisfy required reliability requirements under adverse events, resulting in high systems' LCCs (Life-Cycle Costs). Recent years have seen a surge of interest and tremendous advance in PHM (Prognostics and Health Management) methods that detect, diagnose, and predict the effects of adverse events. The PHM methods enable proactive maintenance decisions, giving rise to adaptive reliability. In this paper, we present a RAP (Resilience Allocation Problem) whose goal is to allocate reliability and PHM efficiency to components in an engineering context. The optimally allocated reliability and PHM efficiency levels serve as the design specifications for the system RBDO (Reliability-Based Design Optimization) and the system PHM design, which can be used to derive the detailed design of components and PHM units. The RAP is demonstrated using a simplified aircraft control actuator design problem resulting in a highly resilient actuator with optimally allocated reliability, PHM efficiency and redundancy for the given parameter settings.
Journal of the Korea Institute of Information and Communication Engineering
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v.9
no.5
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pp.1149-1160
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2005
Generally, the network topology design problem, which is difficult to solve with the classical method because it has exponentially increasing complexity with the augmented network size, is characterized as a kind of NP-hard combinatorial optimization problem. The problem of this research is to design the highly reliable network topology considering the connection cost and all-terminal network reliability, which can be defined as the probability that every pair of nodes can communicate with each other. In order to solve the highly reliable network topology design problem minimizing the construction cost subject to network reliability, we proposes an efficient two phase approach to design reliable network topology, i.e., the first phase employs, a genetic algorithm (GA) which uses $Pr\ddot{u}fer$ number for encoding method and backtracking Algorithm for network reliability calculation, to find the spanning tree; the second phase is a greedy method which searches the optimal network topology based on the spanning ree obtained in the first phase, with considering 2-connectivity. finally, we show some experiments to demonstrate the effectiveness and efficiency of our two phase approach.
In this paper, the study of the optimum design for a geometry of the handle bar to obtain a high stiffness and light weight is investigated, using EDISON simulation program. High stiffness and weight lightening are considered as the major performance indicators of the component of the bicycle. Four design factors and three levels of the design factors are selected for the structural optimization and experiments are designed using the orthogonal array of L9 by Taguchi method. We calculated SN ratio of larger-the-better and smaller-the-better characteristics from FEA results and analysed the effects of design factors on characteristics. We choosed the optimum level of design factors based on deflection and safety factor. Comparing the results of FE analysis with converted value of predicted SN ration, we made sure for reliability of Taguchi method and FE method for structural optimization.
El Maani, Rabii;Makhloufi, Abderahman;Radi, Bouchaib;El Hami, Abdelkhalak
Structural Engineering and Mechanics
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v.61
no.4
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pp.441-451
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2017
The need of progress in engineering designs especially for aerospace structure is nowadays becoming a major industry request. The objectives of this work are to quantify the influence of material and operational uncertainties on the performance of the aerodynamic behavior of an Aircraft Wing, and to give a description of the most commonly used methods for reliability based design optimization (RBDO) to point out the advantages of the application of this method in the design process. A new method is proposed, called Safest Point (SP) that can efficiently give the reliability-based optimum solution for freely vibrating structures with and without fluid flow.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.5
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pp.1043-1053
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1994
This study suggests a practical but rational approach for the development of reliability-based LRFD criteria for transmission towers under wind and ice loadings in Korea. Based on available statistical data on wind speed and icing on transmission lines in Korea, the design wind and ice loads are obtained by Monte Carlo Simulations. In the study, the AFOSM reliability method and an Importance Sampling Technique are used for the element and system reliability evaluation of actual transmission towers. Based on the selected target reliabilities, a set of load and resistance factors for the LRFD criteria are calibrated using the AFOSM and the code optimization technique.
An engine cradle is a quite important structural assembly for supporting the engine, suspension and steering parts of vehicle and absorbing the vibrations during the drive and the shock in the car crash. Recently, the engine cradle having structural stiffness enough to support the surrounding parts and absorbing the shock of collision has been widely used. The hydroforming technology may cause many advantages to automotive applications in terms of better structural integrity of parts, reduction of production cost, weight reduction, material saving, reduction in the number of joining processes and improvement of reliability. We focus on increasing the durability and the dynamic performance of engine cradle. For realizing this objective, several optimization design techniques such as shape, size, and topology optimization are performed. This optimization scheme based on the sensitivity can provide distinguished performance improvement in using hydroforming.
This study shows functionally graded material structural topology optimization under buckling constraints. The SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization) material model is used and a method of moving asymptotes is also employed to update topology design variables. In this study, the quadrilateral element is applied to compute buckling load factors. Instead of artificial density properties, functionally graded materials are newly assigned to distribute optimal topology materials depending on the buckling load factors in a given design domain. Buckling load factor formulations are derived and confirmed by the resistance of functionally graded material properties. However, buckling constraints for functionally graded material topology optimization have not been dealt with in single material. Therefore, this study aims to find the minimum compliance topology optimization and the buckling load factor in designing the structures under buckling constraints and generate the functionally graded material distribution with asymmetric stiffness properties that minimize the compliance. Numerical examples verify the superiority and reliability of the present method.
This paper describes the development of a reliability-based optimum design technique for such three dimensional tubular frames as off shore structures. The objective function is formulated for the structural weight. Constraints that probability of failure for the critical sections does not exceed the allowable probability of failure are set up. In the evaluation of the probability of failure, fatigue as well as buckling and plasticity failure are taken into account and the mean-value first-order second-moment method(MVFOSM) is applied for its calculation. In order to reduce the computing time required for the repeated structural analysis in the optimization process, reanalysis method is also applied. Application to two and three dimensional simple frame structures is performed. The influence of material properties, external forces, allowable failure probabilities and interaction between external forces on the optimum design is investigated.
Khajehzadeh, Mohammad;Taha, Mohd Raihan;Eslami, Mahdiyeh
Structural Engineering and Mechanics
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v.45
no.1
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pp.111-127
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2013
In this paper, a new version of gravitational search algorithm based on opposition-based learning (OBGSA) is introduced and applied for optimum design of reinforced concrete retaining walls. The new algorithm employs the opposition-based learning concept to generate initial population and updating agents' position during the optimization process. This algorithm is applied to minimize three objective functions include weight, cost and $CO_2$ emissions of retaining structure subjected to geotechnical and structural requirements. The optimization problem involves five geometric variables and three variables for reinforcement setups. The performance comparison of the new OBGSA and classical GSA algorithms on a suite of five well-known benchmark functions illustrate a faster convergence speed and better search ability of OBGSA for numerical optimization. In addition, the reliability and efficiency of the proposed algorithm for optimization of retaining structures are investigated by considering two design examples of retaining walls. The numerical experiments demonstrate that the new algorithm has high viability, accuracy and stability and significantly outperforms the original algorithm and some other methods in the literature.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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