In order to reduce the expensive CPU time for design sensitivity analysis in dynamic response optimization, this study introduces the design sensitivities approximated within estimated confidence radius in dynamic response optimization with ALM method. The confidence radius is estimated by the linear approximation with Hessian of quasi-Newton formula and qualifies the approximate gradient to be validly used during optimization process. In this study, if the design changes between consecutive iterations are within the estimated confidence radius, then the approximate gradients are accepted. Otherwise, the exact gradients are used such as analytical or finite differenced gradients. This hybrid design sensitivity analysis method is embedded in an in-house ALM based dynamic response optimizer, which solves three typical dynamic response optimization problems and one practical design problem for a tracked vehicle suspension system. The optimization results are compared with those of the conventional method that uses only exact gradients throughout optimization process. These comparisons show that the hybrid method is more efficient than the conventional method. Especially, in the tracked vehicle suspension system design, the proposed method yields 14 percent reduction of the total CPU time and the number of analyses than the conventional method, while giving similar optimum values.
Ball bearings are a major component of mechanical parts for transmitting rotation. Compared to tapered roller bearings, ball bearings offer less rolling resistance, which leads to reduced heat generation during operation. Because of these characteristics, ball bearings are widely used in electric vehicles and machine tools. The design of ball bearing cages has recently emerged as a major issue in ball bearing design. Cage design requires pre-verification of performance using theoretical or experimental formula or computational fluid dynamics (CFD). However, CFD analysis is time-consuming, making it difficult to apply in case studies for design decisions and is mainly used in performance prediction following design confirmation. To use CFD in the early stages of design, main-taining analytical accuracy while reducing the time required for analysis are necessary. Accordingly, this study proposes a laminar steady-state segment CFD technique to solve the problem of long CFD analytical times and to enable the use of CFD analysis in the early stages of design. To verify the reliability of the CFD analysis, a bearing drag torque test is performed, and the results are compared with the analytical results. The proposed laminar steady-state segment CFD technique is expected to be useful for case studies in bearing design, including cage design.
In this paper, the experiments to decide the riprap size for the local scour protection at bridge piers and the coefficients of attack angle were conducted. A formula for the decision of the riprap size and a figure for the coefficients of attack angle were suggested based upon the experimental results. The coefficients of attack angle indicate different values based on the variation of the length-width ratio of bridge pier and the coefficients are increased by the increment of the attack angle. In this paper, the experiments using the piers having the opening ratios of 90%, 92.86% and 95% were conducted. Also, the attack angles 0$^{\circ}$, 15$^{\circ}$, 30$^{\circ}$, 45$^{\circ}$ and 60$^{\circ}$ as well as four different length-width ratios of the bridge pier were utilized. The suggested formula were compared with 6 different formulas and the riprap sizes calculated using the equation suggested in this paper indicate the similar patterns with the formula suggested by Richardson. The suggested formula in this paper can be widely applied in the riprap design for the local scour protection around the bridge pier with the consideration of the attack angle to the flow.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.5
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pp.60-67
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2021
According to the 「Guidelines of Structural Design for Piloti Building」 of the Ministry of Land, Infrastructure and Transport (2018), the natural period of middle and low rise building of upper-walled lower frame type, such as the domestic multiplex house in piloti style, is suggested for safety to apply the existing code formula of the wall structure. However, the current code formula of the wall structure was provided based on actual measurement of high-rise wall-type structures that mainly exhibit bending behavior. So it is considered that it is not suitable for a piloti-type house with four stories or less, where the wall behaves in shear. See also Park et al. (2000) confirmed that the effect of the lower frame part is greater than that of the upper wall part in the natural period of complex structures with 10 or more floors through analytical studies. Therefore, in this study, in order to examine the effect of the lower frame on the natural period of the middle and low-rise piloti structure, the estimation of natural period by the finite element analysis, approximation formula and ccurrent code formula was performed for the target structures with the shear and flexural stiffness of the upper wall and the shear stiffness of the lower frame as variables. As result, it was found that the change in the shear stiffness of the lower frame had a greater effect on the natural period of the whole building than the change in the bending or shear stiffness of the upper wall.
Journal of the Korean Recycled Construction Resources Institute
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v.5
no.3
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pp.261-266
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2017
In this study, to determine the shear properties, experiments on the shear behavior of plain concrete with the high volume fly ash cement by double shear test were performed. Test parameters are fly ash content and concrete compressive strength. Experimental results show the tendency that the shear strength similarly increases with an increase in the compressive strength as is generally known. The concrete shear strength formula proposed in the concrete structural design code of KCI shows a similar tendency to the experimental results, and It is expected that the shear strength of the high volume fly ash cement concrete can be applied with the formula given in the concrete structural design code of KCI. When considering the fly ash content ratio, the shear strength of high volume fly ash cement concrete according to fly ash conctent ratio shows as having a far greater correlation than if it is not considered to fly ash content ratio. So, even though existing code can be appliable for non consideration of the fly ash content ratio, we proposed a formula that is much more relevant than that of concrete structural design code of KCI.
In China, the oil and natural gas resources of Bohai Bay are mainly marginal oil fields. It is necessary to build both ice-resistant and economical offshore platforms. However, risk is involved in the design, construction, utilization, maintenance of offshore platforms as uncertain events may occur within the life-cycle of a platform under the extreme ice load. In this study, the optimum design model of the expected life-cycle cost for ice-resistant platforms based on cost-effectiveness criterion is proposed. Multiple performance demands of the structure, facilities and crew members, associated with the failure assessment criteria and evaluation functions of costs of construction, consequences of structural failure modes including damage, revenue loss, death and injury as well as discounting cost over time are considered. An efficient approximate method of the global reliability analysis for the offshore platforms is provided, which converts the implicit nonlinear performance function in the conventional reliability analysis to linear explicit one. The proposed life-cycle optimum design formula are applied to a typical ice-resistant platform in Bohai Bay, and the results demonstrate that the life-cycle cost-effective optimum design model is more rational compared to the conventional design.
Ipek, Suleyman;Erdogan, Aysegul;Guneyisi, Esra Mete
Steel and Composite Structures
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v.44
no.1
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pp.119-139
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2022
This paper aims to use the artificial intelligence approach to develop a new model for predicting the ultimate axial strength of the circular concrete-filled steel tubular (CFST) stub columns. For this, the results of 314 experimentally tested circular CFST stub columns were employed in the generation of the design model. Since the influence of the column diameter, steel tube thickness, concrete compressive strength, steel tube yield strength, and column length on the ultimate axial strengths of columns were investigated in these experimental studies, here, in the development of the design model, these variables were taken into account as input parameters. The model was developed using the backpropagation algorithm named Bayesian Regularization. The accuracy, reliability, and consistency of the developed model were evaluated statistically, and also the design formulae given in the codes (EC4, ACI, AS, AIJ, and AISC) and the previous empirical formulations proposed by other researchers were used for the validation and comparison purposes. Based on this evaluation, it can be expressed that the developed design model has a strong and reliable prediction performance with a considerably high coefficient of determination (R-squared) value of 0.9994 and a low average percent error of 4.61. Besides, the sensitivity of the developed model was also monitored in terms of dimensional properties of columns and mechanical characteristics of materials. As a consequence, it can be stated that for the design of the ultimate axial capacity of the circular CFST stub columns, a novel artificial intelligence-based design model with a good and robust prediction performance was proposed herein.
The objective of this study is to investigate the maximum strength of stainless steel rectangular hollow section columns and beam-columns by using numerical analysis. Stress-strain relationships are modeled based on coupon tests results, and their influences on the maximum strength of columns and beam-columns are discussed. The analysis results are compared with the formula for the limit state design code of steel structures. It is ascertained that the design code for the stainless steel is needed to use stainless steel for the members of architectural structures.
Kim, Ki-Chai;Kim, Sang-Myeong;Kwon, Jae-Yong;Kang, Tae-Weon;Kim, Jeong-Hwan
Journal of electromagnetic engineering and science
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v.12
no.1
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pp.63-69
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2012
This paper presents the design of a calculable standard dipole antenna with a hybrid balun in the frequency range of 1 GHz to 3 GHz. A new formula of the antenna factor for a dipole antenna with a hybrid balun is derived using the power mismatch-loss concept. The antenna factors derived in this paper are in good agreement with the results calculated from S-parameters. The design results show that the calculable dipole antenna with a hybrid balun can be characterized by power mismatch-loss component factors.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.1
s.244
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pp.76-83
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2006
This paper addresses the method for the shape design sensitivity analysis of the buckling load in the continuous elastic body. The sensitivity formula for critical load is analytically derived and expressed in terms of shape variation, based on the continuum formulation of the stability problem. Though the buckling problem is more efficiently solved by the structural elements such as beam and shell, the elastic solids are considered in this paper because the solid elements can be used in general for any kind of structures whether they are thick or thin. The initial stress and buckling analysis is carried out by the commercial analysis code ANSYS. The sensitivity is computed by using the mathematical package MATLAB using the results of ANSYS. Several problems including straight and curved beams under compressive load, ring under pressure load, thin-walled section and bottle shaped column are chosen to illustrate the efficiency of the presented method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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