Park, Jin-Gyun;Lee, Jae-Young;Kim, Sang-Hyun;Kim, Sung-Rak
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.1
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pp.103-108
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2012
In this paper, the optimal design of a spring-type gravity compensation system for an articulated robot is presented. Sequential quadratic programming (SQP) is adopted to resolve various nonlinear constraints in spring design such as stress, buckling, and fatigue constraints, and to reduce computation time. In addition, continuous relaxation method is used to explain the integer-valued design variables. The simulation results show that the gravity compensation system designed by proposed method improves the performance effectively without additional weight gain in the main workspace.
Optimum design of most structural system requires that design variables are regarded as discrete quantities. This paper presents the use of Genetic Algorithm for determining the optimum design for truss with discrete variables. Genetic Algorithm are know as heuristic search algorithms, and are effective global search methods for discrete optimization. In this paper, Elitism and the method of conferring penalty parameters in the design variables, in order to achieve improved fitness in the reproduction process, is used in the Genetic Algorithm. A 10-Bar plane truss and a 25-Bar space truss are used for discrete optimization. These structures are designed for stress and displacement constraints, but buckling is not considered. In particular, we obtain continuous solution using Genetic Algorithms for a 10-bar truss, compared with other results. The effectiveness of Genetic Algorithms for global optimization is demonstrated through two truss examples.
The optimum design of the cylindrical shell under external pressure loading is considered. The design variable is a skin thickness of the unstiffened parallel middle body shell. Overall buckling strength and direct stress and displacements constraints are considered in the design problem The optimum design is achieved with one of the standard nonlinear constrained optimization technique. A method for calculating the sensitivity coefficients is developed using the direct differentiation.
Stacking sequence optimization needs discrete programming techniques because ply angles are limited to a fixed set of angles such as $0^{\circ},\;{\pm}45^{\circ},\;90^{\circ}$. Two typical methods are genetic algorithm and branch and bound method. The goal of this paper is to compare the methods in the light of their efficiency and performance in handling the constraints and finding the global optimum. For numerical examples, maximization of buckling load is used as objective and optimization results from each method are compared.
Perforated steel beams can be optimised by increased beam depth and the moment of inertia combined with a reduced web thickness, favouring the use of original I-section beams. The designers are often confronted with situations where optimisation cannot be carried out effectively, taking account of the buckling risk at web posts, moment-shear transfers and local plastic deformations on the transverse holes of the openings. The purpose of this study is to suggest solutions for reducing these failure risks of tested optimal designed beams under applying loads in a self-reacting frame. The design method for the beams is the hunting search optimisation technique, and the design constraints are implemented from BS 5950 provisions. Therefore, I have aimed to explore the strengthening effects of reinforced openings with ring stiffeners, welded vertical simple plates on the web posts and horizontal plates around the openings on the ultimate load carrying capacities of optimally designed perforated steel beams. Test results have shown that compared to lateral stiffeners, ring and vertical stiffeners significantly increase the loadcarrying capacity of perforated steel beams.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.12
no.4
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pp.74-84
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2004
In this paper, a theoretical method was derived to redesign carbody members by substituting light-weight materials, and to estimate their structural characteristics. Some performance indices to estimate structural behaviors were derived in order to obtain equivalent designs in case of material substitutions under important design constraints of rolling stock, such as bending stiffness, natural frequency, bending and buckling strength. Validity of the theoretical method was evaluated by comparing its results with finite element results in some examples where the aluminium alloy was substituted for the structural steel. The numerical results of the examples show that the proposed method gives reasonable initial guesses for the material substitution designs.
The main requirements of modern welded metal structures are the load-carrying capacity (safety), fitness for production, and economy. The primary objective of attaching longitudinal stiffeners is to improve the buckling strength of relatively thin compression panels. This paper gives several comparisons for stiffened plates with different loadings (static, dynamic), different shape of stiffeners (flat, L-shape, trapezoidal), different steel grades, and different welding technologies (SMAW, GMAW, SAW), different costs to show the necessity of a combination of design, fabrication and economic aspects. Safety and fitness for production are guaranteed by fulfilling the design and fabrication constraints. The economy is achieved by minimizing the cost function. It is shown that the optimum sizes depend on the welding technology, the material yield stress, the profile of the stiffeners, the load cycles and the place of the production.
Kripka, Moacir;Chamberlain Pravia, Zacarias Martin
Structural Engineering and Mechanics
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v.48
no.3
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pp.383-394
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2013
Cold-formed profiles have been largely used in the building industry because they can be easily produced and because they allow for a wide range of sections and thus can be utilized to meet different project requirements. Attainment of maximum performance by structural elements with low use of material is a challenge for engineering projects. This paper presents a numerical study aimed at minimizing the weight of lipped and unlipped cold-formed channel columns, following the AISI 2007 specification. Flexural, torsional and torsional-flexural buckling of columns was considered as constraints. The simulated annealing method was used for optimization. Several numerical simulations are presented and discussed to validate the proposal, in addition to an experimental example that qualifies its implementation. The ratios between lips, web width, and flange width are analyzed. Finally, it may be concluded that the optimization process yields excellent results in terms of cross-sectional area reduction.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.13
no.2
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pp.95-109
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1993
In this study, the optimal configuration of arch structure has been tested by a decomposition technique. The object of this study is to provide the method of optimizing the shapes of both two hinged and fixed arches. The problem of optimal configuration of arch structures includes the interaction formulas, the working stress, and the buckling stress constraints on the assumption that arch ribs can be approximated by a finite number of straight members. On the first level, buckling loads are calculated from the relation of the stiffness matrix and the geometric stiffness matrix by using Rayleigh-Ritz method, and the number of the structural analyses can be decreased by approximating member forces through sensitivity analysis using the design space approach. The objective function is formulated as the total weight of the structures, and the constraints are derived by including the working stress, the buckling stress, and the side limit. On the second level, the nodal point coordinates of the arch structures are used as design variables and the objective function has been taken as the weight function. By treating the nodal point coordinates as design variable, the problem of optimization can be reduced to unconstrained optimal design problem which is easy to solve. Numerical comparisons with results which are obtained from numerical tests for several arch structures with various shapes and constraints show that convergence rate is very fast regardless of constraint types and configuration of arch structures. And the optimal configuration or the arch structures obtained in this study is almost the identical one from other results. The total weight could be decreased by 17.7%-91.7% when an optimal configuration is accomplished.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.1
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pp.111-119
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2010
Many researchers have studied on the optimal seismic design with the development of the computer. So far the application structure of most researches on the optimal seismic design was almost the moment resisting frame. Because the braced frames are the representative lateral load resisting system with the moment resisting frames, it is estimated that the effect on the practice will be great if it can is provided a design guideline through the development of optimal seismic design model for the braced frames. The purpose of this study is to propose the optimal seismic design model for the inverted V-type special concentrically braced frames considering the buckling of braces. The objective functions of this are to minimize the structural weight and maximize the total dissipated energy of the structure and the constraints of this are the strength conditions for the column, beam, brace and inter-story drifts condition. To verify the proposed model, it is applied to 2D steel concentrically braced frames of 3-story and 9-story.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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