International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.1
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pp.45-53
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2016
This work is mainly done by too many manual operations in the aircraft structure design process resulting in heavy workload, low efficiency and quality, non-standardized processes and procedures. A top-down associated design method employing the template parametric technology is proposed here in order to improve the quality of design and efficiency of aircraft wing structure at the preliminary design stage. The appropriate parametric tool is chosen and the rapid design system of knowledge-driven aircraft wing structure is developed. First, a skeleton model of aircraft wing structure is rapidly built up through the template encapsulated design knowledge. Associated design is then introduced to realize the association between the typical structural part and skeleton model. Finally, the related elements are referenced from skeleton model, and a typical structural part reflecting an automatic response for design changes of the upstream skeleton model is quickly constructed within the template. The rapid design system proposed and developed in this paper is able to formalize the design standardization of aircraft wing structure and thus the rapid generation of different aircraft wing structure programs and achieve the structural design knowledge reuse as well.
In a flexible multi-body dynamic system the typical topological optimization method for structures cannot be directly applied, as the stiffness varies with position. In this paper, the topological optimization of the flexible multi-body dynamic system is converted into structural optimization using the equivalent static load method. First, the actual boundary conditions of the control system and the approximate stiffness curve of the mechanism are obtained from a flexible multi-body dynamical simulation. Second, the finite element models are built using the absolute nodal coordination for different positions according to the stiffness curve. For efficiency, the static reanalysis method is utilized to solve these finite element equilibrium equations. Specifically, the finite element equilibrium equations of key points in the stiffness curve are fully solved as the initial solution, and the following equilibrium equations are solved using a reanalysis method with an error controlled epsilon algorithm. In order to identify the efficiency of the elements, a non-dimensional measurement is introduced. Finally, an improved evolutional structural optimization (ESO) method is used to solve the optimization problem. The presented method is applied to the optimal design of a die bonder. The numerical results show that the presented method is practical and efficient when optimizing the design of the mechanism.
Shad, Hossein;Adnan, Azlan bin;Vafaei, Mohammadreza;Behbahani, Hamid Pesaran;Oladimeji, Abdulkareem M.
Smart Structures and Systems
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v.21
no.1
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pp.37-51
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2018
Tuned Liquid Dampers (TLDs) have gained wide acceptance as a system for structural control and energy dissipation. However, they face limitation caused by low damping in deep water, which affects their efficiency. Another problem with deep water TLDs is that not all water depth participates in energy dissipation. This paper investigated the effect of upper mounted baffles on the effectiveness of TLDs. The Vertical Blockage Ratio (VBR) of baffles ranged from 10% - 90%. The TLD (with and without baffle), structure, and combined structure with TLD (with and without baffles) were subjected to free and harmonic forced vibrations. Results indicated that baffles could significantly enhance the energy dissipation of TLDs, thus reducing structural responses more than structures equipped with ordinary TLDs. It was found that, there was an optimum value of VBR in which the TLD's efficiency was maximized. When TLD had an appropriate VBR, the structural acceleration and displacement responses were suppressed significantly up to 51% and 56%, respectively.
Mazinani, Iman;Jumaat, Mohd Zamin;Ismail, Z.;Chao, Ong Zhi
Structural Engineering and Mechanics
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v.49
no.3
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pp.297-309
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2014
Under lateral loads Framed Tube (FT) system exhibits reduction of cantilever efficiency due to the effect of shear lag. Braced Tube (BT) represents a valuable solution to overcome shear lag problems by stiffening the exterior frame with diagonal braced members. This study investigates the effect of shear lag on BT and FT under wind load. Shear lag and top-level displacement results are compared with previous findings by researchers on FT and BT systems. The investigation of the effect of various configurations in BT on the reduction the shear lag is another objective of this study. The efficiency of each structure is evaluated using the linear response spectrum analysis to obtain shear lag. STADD Pro software is used to run the dynamic analysis of the models. Results show there is relatively less shear lag in all the BT configurations compared to the FT structural system. Moreover, the comparison of the obtained result with those derived by previous studies shows that shear lag is not proportional to lateral displacement. With respect to results, optimum BT configuration in term of lower shear lag caused by lateral loads is presented.
In structural analysis of tall buildings the traditional primary loading analysis approach that assumes all the loads are simultaneously applied to the fully built structure has been shown to be unsuitable by many researches. The construction sequential analysis that reflects the fact of the level-by-level construction of tall buildings can provide more reliable results and has been used more and more. However, too much computational cost has prevented the construction sequential analysis from its application in CAD/CAE software for building structures, since such an approach needs to deal with systematic changing of resultant stiffness matrices following level-by-level construction. This paper firstly analyzes the characteristics of assembling and triangular factorization of the stiffness matrix in the finite element model of the construction sequential analysis, then presents a fast construction sequential analysis strategy and a corresponding step-by-step active column solver by means of improving the existing skyline solver. The new strategy avoids considerably repeated calculation by only working on the latest appended and modified part of resultant stiffness matrices in each construction level. Without any simplification, the strategy guarantees accuracy while efficiency is greatly enhanced. The numerical tests show that the proposed strategy can be implemented with high efficiency in practical engineering design.
Tuned Liquid Dampers (TLDs) provide low damping when it comes to deep water condition, and that not all water depth is mobilized in energy dissipation. This research focussed on a method to improve the efficiency of TLDs with deep water condition. Several bottom-mounted baffles were installed inside a TLD and the dynamic characteristics of modified TLDs together with their effect on the vibration control of a SDOF structure were studied experimentally. A series of free vibration and harmonic forced vibration tests were carried out. The controlling parameter in the conducted tests was the Vertical Blocking Ratio (VBR) of baffles. Results indicated that increase in VBR decreases the natural frequency of TLD and increases its damping ratio. It was found that the VBR range of 10% to 30% reduced response of the structure significantly. The modified TLD with the VBR of 30% showed the best performance when reduction in structural responses under harmonic excitations were compared.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.5
no.3
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pp.37-43
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2001
The energy concept has been extended to compare the hysteretic performance between various structural systems. As a result, the energy absorption efficiency is defined as the cumulative energy absorption capacity of a structural system normalized by that of the elasto-perfectly plastic system as a benchmark for comparisons. For this, the construction of energy curves from the experimental results obtained by cyclic loading tests is required. Using the proposed procedure, structures differing from each other in geometry, material and construction can be relatively and objectively compared for seismic performance. Also the beauty of this method is in its irrelevance to the structural failure mode. The proposed procedure was validated by application to the experimental results of two different specimens.
Kim, Hyejin;Kim, Seonghwan;Hong, Jiwoo;Cho, Haeseong
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.48
no.8
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pp.565-571
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2020
In this paper, precision and efficient nonlinear structural analysis for the aircraft wing-box model is developed. Herein, nonlinear shell element based on the co-rotational (CR) formulation is implemented. Then, parallel computing algorithm, the element-based partitioning technique is developed to accelerate the computational efficiency of the nonlinear structural analysis. Finally, computational performance, i.e., accuracy and efficiency, of the proposed analysis is evaluated by comparing with that of the existing commercial software.
Kharmanda, G.;Sharabatey, S.;Ibrahim, H.;Makhloufi, A.;Elhami, A.
International Journal of CAD/CAM
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v.9
no.1
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pp.1-16
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2010
When Deterministic Design Optimization (DDO) methods are used, deterministic optimum designs are frequently pushed to the design constraint boundary, leaving little or no room for tolerances (or uncertainties) in design, manufacture, and operating processes. In the Reliability-Based Design Optimization (RBDO) model for robust system design, the mean values of uncertain system variables are usually used as design variables, and the cost is optimized subject to prescribed probabilistic constraints as defined by a nonlinear mathematical programming problem. Therefore, a RBDO solution that reduces the structural weight in uncritical regions does not only provide an improved design but also a higher level of confidence in the design. In this work, we seek to improve the quality of RBDO processes using efficient optimization techniques with object of improving the resulting objective function and satisfying the required constraints. Our recent RBDO developments show its efficiency and applicability in this context. So we present some recent structural engineering applications demonstrate the efficiency of these developed RBDO methods.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.14
no.3
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pp.361-369
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2001
This paper deals with numerical efficiency of nonlinear solution technique for space trusses. It will propose the combined Arc-length method to trace structural behavior after reaching buckling load as opposed to the current Arch-length method. The combined Arc-length method uses the current stiffness parameter as a control variable. It uses Secant-Newton method in stable path and applies Arc-length method in unstable path. To evaluate efficiency of solution technique, the accuracy of solution, convergence, and computing time concerning illustrative numerical examples are compared with the current Arc-length method. It show that the combined Arc-length method, as proposed in this paper, is superior to the current Arc-length method in numerical nonlinear analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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