This paper deals with optimal stacking sequence design of laminate composite structures. The stacking sequence optimisation of laminate composites is formulated as a combinatorial problem and is solved using Simulated Annealing (SA), an algorithm devised based on inspiration of physical process of annealing of solids. The combinatorial constraints are handled using a correction strategy. The SA algorithm is strengthened by embedding Tabu search in order to prevent recycling of recently visited solutions and the resulting algorithm is referred to as tabu embedded simulated Annealing (TSA) algorithm. Computational performance of the proposed TSA algorithm is enhanced through cache-fetch implementation. Numerical experiments have been conducted by considering rectangular composite panels and composite cylindrical shell with different ply numbers and orientations. Numerical studies indicate that the TSA algorithm is quite effective in providing practical designs for lay-up sequence optimisation of laminate composites. The effect of various neighbourhood search algorithms on the convergence characteristics of TSA algorithm is investigated. The sensitiveness of the proposed optimisation algorithm for various parameter settings in simulated annealing is explored through parametric studies. Later, the TSA algorithm is employed for multi-criteria optimisation of hybrid composite cylinders for simultaneously optimising cost as well as weight with constraint on buckling load. The two objectives are initially considered individually and later collectively to solve as a multi-criteria optimisation problem. Finally, the computational efficiency of the TSA based stacking sequence optimisation algorithm has been compared with the genetic algorithm and found to be superior in performance.
Single-storey industrial buildings are one of the most often type of structures built among various skeletal framed steel constructions. These metallic buildings offer an exceptional opportunity to minimise the material employed, contributing to a more sustainable construction. In particular, the mansard portal frame is a typology made up of broken beams that involves different lengths and discontinuous slopes. This study aims the weight reduction of the standard mansard portal frame with design purposes by means of varying four parameters: the kink position, the eaves-apex slope, the span and the columns height. In this work, we suggest some guidelines that can improve the economical competitive capabilities of their structural design. In all the cases analysed, the joints of the portal frame are placed over the theoretical non-funicular shape to uniform loads. This allows reducing the bending moment and the shear force, but increasing the axial force. In addition, the performance of mansard and typical pitched portal frames submitted to the same boundary conditions is compared in terms of efficiency in the use of steel. In the large majority of the cases, mansard typologies are lighter than the common pitched frames and, hence, more economical.
Formwork is a temporary structure that supports its weight and that of fresh concrete as well as construction live loads. Slab formwork consists of sheathing, stringer, hanger and shore. In construction site, pipe supports are usually used as shores which are consisted of the slab formwork. In this study, compressive strength of 80 pipe supports was measured by knife edge test and plate test. Buckling load of pipe supports was analyzed by structural analysis program(MlDAS). Theoretical buckling load with/without initial deformation was got by theoretical analysis. According to these results, buckling load which was analyzed by structural analysis program(MlDAS) was larger than compressive strength of knife edge test and plate test. Theoretical buckling load without initial deformation was larger than compressive strength of knife edge test and plate test. But Theoretical buckling load with initial deformation was lower than compressive strength of knife edge test and plate test. Initial deformation equation for test method according to the pipe support length was suggested. Therefore, the present study results will be used to design the slab formwork safely.
Substructuring-based hierarchical approach for design analysis and optimization of structural frames is presented in this study. The conceptual framework of this method is in the hierarchical modeling for design processes as well as structural systems and the methodology combining substructuring analysis and multilevel optimization. Mathematical models for analysis and synthesis are established on the common basis of substructuring systems. Modularized behavioral analysis, design sensitivity analysis and optimization are linked and integrated on the mathematical and structural basis of substructuring. Substructures are coordinated with the active constraints for system level and the weight ratio criteria. Numerical examples for test frames show the validity and effectiveness of the present approach.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.15
no.3
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pp.219-231
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2014
We develop a preliminary design optimization procedure in this paper regarding the wing planform in a solar-powered high-altitude long-endurance unmanned aerial vehicle. A high-aspect-ratio wing has been widely adopted in this type of a vehicle, due to both the high lift-to-drag ratio and lightweight design. In the preliminary design, its characteristics need to be addressed correctly, and analyzed in an appropriate manner. In this paper, we use the three-dimensional Euler equation to analyze the wing aerodynamics. We also use an advanced structural modeling approach based on a geometrically exact one-dimensional beam analysis. Regarding the structural integrity of the wing, we determine detailed configuration parameters, specifically the taper ratio and the span length. Next, we conduct a multi-objective optimization scheme based on the response surface method, using the present baseline configuration. We consider the structural integrity as one of the constraints. We reduce the wing weight by approximately 25.3 % from that in the baseline configuration, and also decrease the power required approximately 3.4 %. We confirm that the optimized wing has sufficient flutter margin and improved static longitudinal/directional stability characteristics, as compared to those of the baseline configuration.
Seo, Jung Kwan;Park, Dae Kyeom;Jo, Sung Woo;Park, Joo Shin;Koo, Jeong Bon;Ha, Yeong Su;Jang, Ki Bok
Structural Engineering and Mechanics
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v.59
no.6
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pp.993-1017
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2016
Helicopters are essential for supporting offshore oil and gas activities around the world. To ensure accessibility for helicopters, helideck structures must satisfy the safety requirements associated with various environmental and accidental loads. Recently, offshore helideck structures have used aluminium because of its light weight, low maintenance requirements, cost effectiveness and easy installation. However, section designs of aluminum pancakes tend to modify and/or change from the steel pancakes. Therefore, it is necessary to optimize section design and evaluate the safety requirements for aluminium helideck. In this study, a design procedure was developed based on section optimization techniques with experimental studies, industrial regulations and nonlinear finite element analyses. To validate and verify the procedure, a new aluminium section was developed and compared strength capacity with the existing helideck section profiles.
A comparative analysis of characteristics of domestic and foreign reconstituted tobacco based on papermaking was conducted to evaluate the quality of reconstituted tobacco and to utilize as basic data for improvement of domestic reconstituted tobacco. In the formation, which is key factor to quality and physical properties of product, foreign reconstituted tobacco has better uniform formation than those of domestic one. These result was attributed to distribution of large floc size in the domestic one unevenly. In the fiber morphology, domestic reconstituted tobacco has larger average fiber length and width than those of foreign one. They indicated that fiber morphology of domestic one will exert structural properties of paper such as formation and permeability. Tensile strength of domestic one has lower than those of foreign one by basis weight. In the air permeability, domestic one was remarkably reduced because base web was over sized. It also will affect the combustibility of reconstituted tobacco. In summary, we conclude that the physical and structural properties of domestic reconstituted tobacco result in quality deviations compared with foreign reconstituted tobacco.
Lee Hyun-Ah;Kim Yong-Il;Park Gyung-Jin;Kang Byung-Soo
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.5
s.248
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pp.585-594
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2006
The joined-wing is a new concept of the airplane wing. The fore-wing and the aft-wing are joined together in a joined-wing. The range and loiter are longer than those of a conventional wing. The joined-wing can lead to increased aerodynamic performance and reduction of the structural weight. In this research, dynamic response optimization of a joined-wing is carried out by using equivalent static loads. Equivalent static loads are made to generate the same displacement field as the one from dynamic loads at each time step of dynamic analysis. The gust loads are considered as critical loading conditions and they dynamically act on the structure of the aircraft. It is difficult to identify the exact gust load profile. Therefore, the dynamic loads are assumed to be (1-cosine) function. Static response optimization is performed for the two cases. One uses the same design variable definition as dynamic response optimization. The other uses the thicknesses of all elements as design variables. The results are compared.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.18
no.4
s.70
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pp.427-434
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2005
In this study, to develop composite bridge deck of many advantages such as light weight, high strength, corrosion resistance and high durability, profile design, laminate design and finite element analysis were carried out. In the analysis, 5-girder single span bridge with composite deck was considered. Deflection serviceability, failure criteria and web buckling were evaluated. Composite deck of designed profile was fabricated with pultrusion process. The coupon tests were conducted for the fabricated deck and the results were described.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.922-927
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2006
There is a concern with worldwide deterioration of highway bridges, particularly reinforced concrete. The advantages of fibre reinforced plastic(FRP) composites over conventional materials motivate their use in highway bridges for replacement of structures. Recently, an FRP deck has been installed on a state highway, located in New York State, as an experimental project. In this paper, a systematic approach for analysis of this FRP deck bridge is presented. Multi-step linear numerical analyses have been performed using the finite element method to study the structural behavior and the possible failure mechanism of the FRP deck-superstructure system Deck's self-weight and ply orientations at the interface between steel girders and FRP deck are considered in this study. From this research, the results of the numerical analyses were corroborated with field test results. Analytical results reveal several potential failure mechanism for the FRP deck and truss bridge system The results presented in this study may be used to propose engineering design guideline for new and replacement FRP bridge deck structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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