As interest and demand for high value-added industries, including the global automobile and aerospace industries, have increased recently, demand for line centers with excellent performance that can respond to the production system for producing high value-added products is also rapidly increasing. A line center improves productivity based on the installed area using a multi-spindle compared to a conventional machining center. However, as the number of spindles increases, the weight increases and results in structural problems owing to the heat and vibration generated by each spindle. Therefore, it is necessary to improve machining precision through the structural improvement of the line center. This study presents research on the stabilization design of the line center through structural stability analysis through structural analysis to develop a compact multi-axis line center. An optimization model of the line center has been proposed to improve the processing precision and increase the rigidity by performing weight reduction based on the structural analysis results.
Structural reanalysis is frequently used to reduce the computational cost during the process of design or optimization. The supports can be regarded as the design variables in various types of structural optimization problems. The location, number, and type of supports may be varied in order to yield a more effective design. The paper is focused on structural static reanalysis problem with added supports where some node displacements along axes of the global coordinate system are specified. A new approach is proposed and exact solutions can be provided by the approach. Thus, it belongs to the direct reanalysis methods. The information from the initial analysis has been fully exploited. Numerical examples show that the exact results can be achieved and the computational time can be significantly reduced by the proposed method.
Topology optimization has evolved into a very efficient concept design tool and has been incorporated into design engineering processes in many industrial sectors. In recent years, topology optimization has become the focus of structural design community and has been researched and applied widely both in academia and industry. There are mainly tow approaches for topology optimization of continuum structures ; homogenization and density methods. The homogenization method is to compute is to compute an optimal distribution of microstructures in a given design domain. The sizes of the micro-calvities are treated as design variables for the topology optimization problem. the density method is to compute an optimal distribution of an isotropic material, where the material densities are treated as design variables. In this paper, the density method is used to formulate the topology optimization problem. This optimization problem is solved by using an optimality criteria method. Several example problems are solved to show the usefulness of the present approach.
In this study, the weight of the platen was reduced using the structural strength analysis and topology optimization design of the extruder by finite element analysis. The main components of the extruder such as the stem and billet, were modeled, and the maximum stress and safety factor were verified through structural strength analysis. Based on the results of the structural strength analysis, the optimal phase that satisfies the limitation given to the design area of the structure and maximizes or minimizes the objective function was obtained through a numerical method. The platen was redesigned with a phase-optimal shape, the weight was reduced by 40% (from the initial weight of 11.1 tons to 6.6 tons), and the maximum stress was 147.49 MPa safety factor of 1.86.
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.
With improvement in innovative manufacturing technologies, it became possible to fabricate any complex shaped structural design for practical applications. This allows for the fabrication of curvilinearly stiffened pressure vessels and pipes. Compared to straight stiffeners, curvilinear stiffeners have shown to have better structural performance and weight savings under certain loading conditions. In this paper, an optimization framework for designing curvilinearly stiffened composite pressure vessels and pipes is presented. NURBS are utilized to define curvilinear stiffeners over the surface of the pipe. An integrated tool using Python, Rhinoceros 3D, MSC.PATRAN and MSC.NASTRAN is implemented for performing the optimization. Rhinoceros 3D is used for creating the geometry, which later is exported to MSC.PATRAN for finite element model generation. Finally, MSC.NASTRAN is used for structural analysis. A Bi-Level Programming (BLP) optimization technique, consisting of Particle Swarm Optimization (PSO) and Gradient-Based Optimization (GBO), is used to find optimal locations of stiffeners, geometric dimensions for stiffener cross-sections and layer thickness for the composite skin. A cylindrical pipe stiffened by orthogonal and curvilinear stiffeners under torsional and bending load cases is studied. It is seen that curvilinear stiffeners can lead to a potential 10.8% weight saving in the structure as compared to the case of using straight stiffeners.
Truss-Z (TZ) is an Extremely Modular System (EMS). Such systems allow for creation of structurally sound free-form structures, are comprised of as few types of modules as possible, and are not constrained by a regular tessellation of space. Their objective is to create spatial structures in given environments connecting given terminals without self-intersections and obstacle-intersections. TZ is a skeletal modular system for creating free-form pedestrian ramps and ramp networks. The previous research on TZ focused on global discrete geometric optimization of the spatial configuration of modules. This paper reports on the first attempts at structural optimization of the module for a single-branch TZ. The internal topology and the sizing of module beams are subject to optimization. An important challenge is that the module is to be universal: it must be designed for the worst case scenario, as defined by the module position within a TZ branch and the geometric configuration of the branch itself. There are four variations of each module, and the number of unique TZ configurations grows exponentially with the branch length. The aim is to obtain minimum-mass modules with the von Mises equivalent stress constrained under certain design load. The resulting modules are further evaluated also in terms of the typical structural criterion of compliance.
In this paper, an enhanced Violation-based Sensitivity analysis and Border-Line Adaptive Sliding Technique (ViS-BLAST) will be utilized for optimization of some well-known structural and mechanical engineering problems. ViS-BLAST has already been introduced by the authors for solving truss optimization problems. For those problems, this method showed a satisfactory enactment both in speed and efficiency. The Enriched ViS-BLAST or EVB is introduced to be vastly applicable to any solvable constrained optimization problem without any specific initialization. It uses one-directional step-wise searching technique and mostly limits exploration to the vicinity of FNF border and does not explore the entire design space. It first enters the feasible region very quickly and keeps the feasibility of solutions. For doing this important, EVB groups variables for specifying the desired searching directions in order to moving toward best solutions out or inside feasible domains. EVB was employed for solving seven numerical engineering design problems. Results show that for problems with tiny or even complex feasible regions with a larger number of highly non-linear constraints, EVB has a better performance compared to some records in the literature. This dominance was evaluated in terms of the feasibility of solutions, the quality of optimum objective values found and the total number of function evaluations performed.
SLSV(single loop single vector)방법은 신뢰성기반 최적설계(reliability-based design optimization, RBDO)에서 중첩된 반복과정을 제거함으로써 최적설계의 과도한 계산비용 문제에 대한 해결책을 제시하고 있지만, 종종 수렴하지 못하거나 잘못된 해가 얻어지는 등의 불안정성, 부정확성 문제를 가지고 있어 그 활용이 제한적이다. 본 논문에서는 수정된 HMV(hybrid mean value)방법, Inactive Design, Active MPP(most probable point) Design의 적용을 통해 SLSV방법에 있어서 안정성과 효율성을 효과적으로 개선시킬 수 있는 수정된 SLSV방법을 제안하였고 또한 다양한 예제를 통해 수정된 SLSV방법의 유용성을 검증하였다.
Yao Yingying;Jae Seop Ryu;Chang Seop Koh;Dexin Xie
대한전기학회논문지:전기기기및에너지변환시스템부문B
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제52권6호
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pp.247-253
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2003
A novel finite element mesh regeneration method is presented for 3D shape optimization of electromagnetic devices. The method has its theoretical basis in the structural deformation of an elastic body. When the shape of the electromagnetic devices changes during the optimization process, a proper 3D finite element mesh can be easily obtained using the method from the initial mesh. For real engineering problems, the method guarantees a smooth shape with proper mesh quality, and maintains the same mesh topology as the initial mesh. Application of the optimum design of an electromagnetic shielding plate shows the effectiveness of the presented method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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