The paper is devoted to study a mesh-free analysis method of structural elements of engineering structures based on B-spline Wavelet Basis Function. First, by employing the moving-least square method and the weighted residual method to solve the structural displacement field, the control equations and the stiffness equations are obtained. And then constructs the displacement field of the structure by using the m-order B-spline wavelet basis function as a weight function. In the end, the paper selects the plane beam structure and the structure with opening hole to carry out numerical analysis of deformation and stress. The Finite Element Method calculation results are compared with the results of the method proposed, and the calculation results of the relative error norm is compared with Gauss weight function as weight function. Therefore, the clarification verified the validity and accuracy of the proposed method.
For improving high-safety, convenience, and ride comfort, the automotive design suffers from radical increase of the weight, the recycling-related rules, regulations on the waste gas, and environmental protection of the resources. Among them, it is well known that the weight increase is the most critical. Thus, in order to minimize the weight of the body-in-white that takes up 20-30% of the whole weight of the automobile, most automotive manufacturers have attempted to develop the aluminum intensive body-in-white using aluminum space frames. In this research, the crush test and simulation for aluminum extrusions are performed to evaluate the collapse characteristics of that light weighted material. Also. the same test and simulation was done for aluminum extrusions filled with structural foam. Then, these results are analyzed and compared. From these studies, the effectiveness of structural foam is evaluated in improving automotive crashworthiness. Finally, the design strategy and guideline of the structural form are suggested in order to improve the crashworthiness for aluminum space frame in the vehicle.
Drift design is one of the core techniques in the structural design of high-rise buildings and resizing technique is regarded as a practical drift design method for high-rise buildings. In the resizing technique, the structural weight is re-distributed to minimize the target displacement without a change in structural weights. However, the structural weight determined from resizing algorithm is bound to the structural weight based on the preliminary design. Therefore, in this paper, a drift design method that can control the weight of the structure without causing drift control performance to deteriorate is proposed by incorporating the weight control factor in the formulation of resizing algorithm. The proposed drift design method is applied to the drift design of two frame-shear wall systems. The proposed drift design method, in this study, makes it possible to control both the drift and weight of a high-rise building.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.54
no.4
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pp.352-359
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2017
Because the Energy Efficiency Design Index(EEDI) came into effect in 2013, it is necessary to develop a new technology to overcome $CO_2$ emission regulations. In structural design viewpoint, lots of researches are carried out to develop eco-friendly and high fuel efficiency ships by weight reduction. By using the automated compartment arrangement system and automated structural design algorithm which were developed by the authors, new researches are performing to combine the above two systems. However, the effect of weight reduction was not significant because structural designs by using these systems for the midship part was carried out only focused on the minimum still water bending moment. In this paper, at first, good compartment arrangements which give the minimum still water bending moment and(or) shear force were chosen by using the automated compartment system. And then, influence of shear force on weight reduction was investigated by using the automated structural design algorithm considering longitudinal strength, local strength and shear strength of longitudinal members in cargo holds. Conclusively, it is necessary to consider the minimum still water bending moment and shear force simultaneously to reduce the weight of mid-sized bulk carrier. Also, good compartment arrangement which gives much more weight reduction compared with existing ship was proposed.
This study was performed on preliminary structural design of a small scale WIG craft which has been developed as a next generation high speed maritime transportation system in Korea. A composite structure design using the foam-sandwich for main wing and tail fins and the honeycomb sandwich and skin-stringer-ring frame for fuselage was applied for weight reduction as well as structural stability. A commercial FEM code, NASTRAN for was utilized to confirm the structural safety for the reiterate design modifications to meet design requirements including the target weight. Each main wing was jointed with the fuselage by eight high strength insert bolts for easy assembling and disassembling as well as for assuring the required 20 years service life. For control surface structural design, the channel type spar, the foam sandwich skin and the lug joint were adopted.
Park, Sang-Wook;Shin, Jeong-Woo;Lee, Mu-Hyoung;Kim, Tae-Uk
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.23
no.1
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pp.24-29
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2015
In order to increase endurance flight efficiency of long endurance electric powered UAV, main wing of UAV should have high aspect ratio and low structural weight. Since a spar which consists of thin and slender structure for weight reduction can cause catastrophic failure during the flight, it is important to develop verification method of structural integrity of the spar with the light weight design. In this paper, process of structural analysis using non-linear finite element method was introduced for the verification of structural integrity of the spar. The static strength test of the spar was conducted to identify structural characteristic under the static load. Then, the experimental result of the spar was compared to the analytical result from the non-linear finite element analysis. It was found that the developed process of structural analysis could predict well the non-linear structural behavior of the spar under ultimate load.
A simultaneous optimal design problem of structural and control systems is discussed by taking a 3-D truss structure as an object. We use descriptor forms for a controlled object and a generalized plant because the structural parameters appear naturally in these forms. We consider a minimum weight design problem for structural system and disturbance suppression problem for the control system. The structural objective function is the structural weight and the control objective function is $H_{\infty}$ norm from the disturbance input to the controlled output in the closed-loop system. The design variables are cross sectional areas of the truss members. The conditions for the existence of controller are expressed in terms of linear matrix inequalities (LMI) By minimizing the linear sum of the normalized structural objective function and control objective function, it is possible to make optimal design by which the balance of the structural weight and the control performance is taken. We showed in this paper the validity of simultaneous optimal design of structural and control systems.
Park, Sang Wook;Kim, Sung Joon;Shin, Jeong Woo;Lee, Seunggyu;Kim, Tae-Uk
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.27
no.4
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pp.1-8
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2019
Recently, development of long endurance electric powered airplane has been conducted worldwidely. Light structural weight of a main wing with sufficient structural integrity is essential for long endurance flight. Since a main wing with a slender spar can occur catastrophic fracture under the flight, it is important to establish a design and verification method for both the weight reduction and structural integrity. In this paper, structural design and analysis of the main wing of HALE UAV with tubular spar reinforced with a bulkhead were introduced. The static strength test of the main wing was performed to verify structural integrity under the static load. Then, the experimental result was compared with an analytical result from a finite element analysis. It was concluded that the developed light weight main wing would have sufficient structural integrity under the flight operation.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.23
no.4
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pp.371-379
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2015
This paper represents the structural design of the light weight axle beam for medium duty commercial vehicle using hot press. To reduce the weight of the axle, axle beam of solid type was replaced by hollow type which was made by hot press. According to the change of axle beam structure and manufacturing method, we have to investigate the structural strength and fatigue performance. To verify the axle beam performance, the structural analysis was carried out by simplified axle beam model and various design parameters that are axle beam height, thickness and width. From the analysis results, the light weight axle beam structure was founded and applied the full model analysis. This study will be used as a guidance in development of the light weight axle for medium duty commercial vehicle.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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