This paper presents a topology optimization approach using element-free Galerkin method (EFGM) for the optimal design of compliant mechanisms with geometrically non-linearity. Meshless method has an advantage over the finite element method(FEM) because it is more capable of handling large deformation resulted from geometrical nonlinearity. Therefore, in this paper, EFGM is employed to discretize the governing equations and the bulk density field. The sensitivity analysis of the optimization problem is performed by incorporating the adjoint approach with the meshless method. The Lagrange multipliers method adjusted for imposition of both the concentrated and continuous essential boundary conditions in the EFGM is proposed in details. The optimization mathematical formulation is developed to convert the multi-criteria problem to an equivalent single-objective problem. The popularly applied interpolation scheme, solid isotropic material with penalization (SIMP), is used to indicate the dependence of material property upon on pseudo densities discretized to the integration points. A well studied numerical example has been applied to demonstrate the proposed approach works very well and the non-linear EFGM can obtain the better topologies than the linear EFGM to design large-displacement compliant mechanisms.
Bulletin of the Society of Naval Architects of Korea
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v.24
no.4
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pp.19-36
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1987
In this research the coupling problem between the elastic structure and the fluid, specially the hydroelastic harmonic vibration problem, is studied. In order to couple the domains, i.e., the structural domain and the fluid domain, the boundary integral method(direct boundary integral formulation) is used in the fluid domain in combination with the finite element method for the structure. The boundary integral method has been widely developed to apply it to the hydroelastic vibration problem. The hybrid boundary integral method using eigenfunctions on the radiation boundaries and the boundary integral method using the series form image-functions to replace the even bottom and free surface boundaries in case of high frequencies have been developed and tested. According to the boundary conditions and the frequency ranges the different boundary integral methods with the different idealizations of the fluid boundaries have been studied. Using the same interpolation functions for the pressure distribution and the displacement the two domains have been coupled and using Hamilton principle the solution of the hydroelastic have been obtained through the direct minimizing process. It has become evident that the finite-boundary element method combining with the eigenfunction or the image-function method give good results in comparison with the experimental ones and the other numerical results by the finite element method.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.12
no.1
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pp.39-43
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2002
In the frequency response analysis using a modal method, it is very important to determine the number of modes involved with the formulation of a frequency response function. Most engineers are inclined to determine mode truncation with their experience. But it is difficult for non-experts to decide the mode truncation reasonably in many problems of dynamic analyses. In this study, fuzzy theory is used to standardize the empirical determination of mode truncation so that not only the experts but also non-experts can decide a Proper mode truncation easily. Fuzzy rule base is based on the simulation results using finite element method. Numerical simulations show that the developed mode truncation method is a very effective method to choose the number of the considered modes.
The methods of robust design optimization (RDO) and reliability-based robust design optimization (RBRDO) were implemented in the present study. RBRDO is an integrated method that accounts for the design robustness of an objective function and for the reliability of constraints. The objective function in RBRDO is expressed in terms of the mean and standard deviation of an original objective function. Thus, a multi-objective formulation is employed. The regressive approximate models are generated via the moving least squares method (MLSM) and constraint-feasible moving least squares method (CF-MLSM), which make it possible to realize the feasibility regardless of the multimodality/nonlinearity of the constraint function during the approximate optimization processes. The regression model based RBRDO is newly devised and its numerical characteristics are explored using the design of an actively controlled ten bar truss structure.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.2
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pp.199-208
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2008
In this paper, to analyze the initial valued non-homogeneous elastic half space by the scaled boundary analysis, the infinite element approach was introduced. The free surface of the initial valued non-homogeneous elastic half space was modeled as a circumferential direction of boundary scaled boundary coordinate. The infinite element was used to represent the infinite length of the free surface. The initial value of material property(elastic modulus) was considered by the combination of the position of the scaling center and the power function of the radial direction. By use of the mapping type infinite element, the consistent elements formulation could be available. The performance and the feasibility of proposed approach are examined by two numerical examples.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.7
no.2
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pp.21-28
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1987
The paper describes the analysis of large displacement problems including instability phenomena. The element used in this is a degenerated isoparametric shell element with eight nodes. Total Lagrangian formulation has been adopted in this study using Newton-Raphson iteration method with incremental load. The linear stability analyses performed usually for the initial position can be repeated at several advanced fundamental states on the non-linear buckling path. Thus a current estimate of the failure load is given. The numerical examples of a cylindrical panel under uniform load, simply supported plate under axial load, and clamped plate under uniform load are carried out. The examples applying degenerated isoparametric elements to bifurcation buckling and nonlinear collapse problems are also performed.
Benselama, Khadidja;El Meiche, Noureddine;Bedia, El Abbas Adda;Tounsi, Abdelwahed
Structural Engineering and Mechanics
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v.55
no.1
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pp.47-64
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2015
This paper presents the effect of hybridization material on variation of critical buckling load with different cross-ply laminates plate resting on elastic foundations of Winkler and Pasternak types subjected to combine uniaxial and biaxial loading by using two variable refined plate theories. Governing equations are derived from the principle of virtual displacement; the formulation is based on a new trigonometric shape function of displacement taking into account transverse shear deformation effects vary parabolically across the thickness satisfying shear stress free surface conditions. These equations are solved analytically using the Navier solution of a simply supported. The influence of the various parameters geometric and material, the thickness ratio, and the number of layers symmetric and antisymmetric hybrid laminates material has been investigated to find the critical buckling loads. The numerical results obtained through the present study with several examples are presented to verify and compared with other models with the ones available in the literature.
The dams are huge structures storing a large amount of water and failures of them cause especially irreparable loss of lives during the earthquakes. They are named as a group of structures subjected to fluid-structure interaction. So, the response of the fluid and its hydrodynamic pressures on the dam should be reflected more accurately in the structural analyses to determine the real behavior as soon as possible. Different mathematical and analytical modelling approaches can be used to calculate the water hydrodynamic pressure effect on the dam body. In this paper, it is aimed to determine the dynamic response of concrete gravity dams using different water modelling approaches such as Westergaard, Lagrange and Euler. For this purpose, Sariyar concrete gravity dam located on the Sakarya River, which is 120km to the northeast of Ankara, is selected as a case study. Firstly, the main principals and basic formulation of all approaches are given. After, the finite element models of the dam are constituted considering dam-reservoir-foundation interaction using ANSYS software. To determine the structural response of the dam, the linear transient analyses are performed using 1992 Erzincan earthquake ground motion record. In the analyses, element matrices are computed using the Gauss numerical integration technique. The Newmark method is used in the solution of the equation of motions. Rayleigh damping is considered. At the end of the analyses, dynamic characteristics, maximum displacements, maximum-minimum principal stresses and maximum-minimum principal strains are attained and compared with each other for Westergaard, Lagrange and Euler approaches.
Earlier studies on hollow-circular rubber bearings, all of which are conducted for steel-reinforced bearings, indicate that the hole presence not only decreases the compression modulus of the bearing but also increases the maximum shear strain developing in the bearing due to compression, both of which are basic design parameters also for fiber-reinforced rubber bearings. This paper presents analytical solutions to the compression problem of hollow-circular fiber-reinforced rubber bearings. The problem is handled using the most-recent formulation of the "pressure method". The analytical solutions are, then, used to investigate the effects of reinforcement flexibility and hole presence on bearing's compression modulus and maximum shear strain in the bearing in view of four key parameters: (i) reinforcement extensibility, (ii) hole size, (iii) bearing's shape factor and (iv) rubber compressibility. It is shown that the compression stiffness of a hollow-circular fiber-reinforced bearing may decrease considerably as reinforcement flexibility and/or hole size increases particularly if the shape factor of the bearing is high and rubber compressibility is not negligible. Numerical studies also show that the existence of even a very small hole can increase the maximum shear strain in the bearing significantly, which has to be considered in the design of such annular bearings.
Modern design of long suspension bridges must satisfy at the same time spanning very long distances and limiting their response against several external loads, even if of high intensity. Structural Control, with the solutions it provides, can offer a reliable contribution to limit internal forces and deformations in structural elements when extreme events occur. This positive aspect is very interesting when the dimensions of the structure are large. Herein, an updated numerical model of an existing suspension bridge is developed in a commercial finite element work frame, starting from original data. This model is used to reevaluate an optimization procedure for a passive control strategy, already proven effective with a simplified model of the buffeting wind forces. Such optimization procedure, previously implemented with a quasi-steady model of the buffeting excitation, is here reevaluated adopting a more refined version of the wind-structure interaction forces in which wind actions are applied on the towers and the cables considering drag forces only. For the deck a more refined formulation, based on the use of indicial functions, is adopted to reflect coupling with the bridge orientation and motion. It is shown that there is no variation of the previously identified optimal passive configuration.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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