This paper presents topology optimization of geometrically and materially nonlinear structures using a bi-directional evolutionary optimization (BESO) method. To maximum the stiffness of nonlinear structures under prescribed design load, the complementary work is selected as the objective function of the optimization. An optimal design can be obtained by gradually removing inefficient material and adding efficient ones. The proposed method can be applied to a series of geometrically and/or materially nonlinear structures. The results show considerable differences in topologies and stiffness of the optimal designs for linear and nonlinear structures. It is found that the optimal designs for nonlinear structures are much stiffer than those for linear structures when large design loads (which result in significantly nonlinear deformations) are applied.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
/
v.13
no.7
/
pp.66-77
/
1996
Optimal topology design is to search the optimal configuration of a structure which can be used as a shape at the conceptual design stage. Our objective is to maximize the stiffness of the structures and ribs under a material usage constraintl. The density of each finite element is the design variable and its relationship with Young's modulus is expressed by quadratic form. The configuration is represented by the entire density distribution, the structural analysis is performed by finite element method and the optimiza- tion is performed by Feasible Direction Method. Feasible Direction Method can handle various problems simultaneously, that is, mult-objectives and multi-constraints. Total computation time can be reduced by the quadratic relationship between the density and the material property and fewer design variables than Homogenization Method. Toplogy optimization technique developed in this research is applied to design the shapes of the ribs.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
/
v.28
no.6
/
pp.687-693
/
2011
Spring-mass models have been widely accepted to explain the basic dynamics of human gait. Researchers found that the leg stiffness increased with gait speed to increase energy efficiency. However, the difference of leg stiffness change with gait speed between the young and the elderly has not been verified yet. In this study, we calculated the lower limb stiffness of the elderly using walking model with an axial spring. Vertical stiffness was defined as the ratio of the vertical force change to the vertical displacement change. Seven young and eight elderly subjects participated to the test. The subjects walked on a 12 meter long, 1 meter wide walkway at four different gait speeds, ranging from their self-selected speed to maximum speed randomly. Kinetic and kinematic data were collected using three force plates and motion capture cameras, respectively. The vertical stiffness of the two groups increased as a function of walking speed. Maximum walking speed of the elderly was slower than that of the young, yet the walking speed correlated well with the optimal stiffness that maximizes propulsion energy in both groups. The results may imply that human may use apparent limb stiffness to optimize energy based on spring-like leg mechanics.
A gradient-based evolutionary optimization methodology is presented for finding the optimal design of both the added dampers and their supporting members to minimize an objective function of a linear multi-storey structure subjected to the critical ground acceleration. The objective function is taken as the sum of the stochastic interstorey drifts. A frequency-dependent viscoelastic damper and the supporting member are treated as a vibration control device. Due to the added stiffness by the supplemental viscoelastic damper, the variable critical excitation needs to be updated simultaneously within the evolutionary phase of the optimal damper placement. Two different models of the entire damper unit are investigated. The first model is a detailed model referred to as "the 3N model" where the relative displacement in each component (i.e., the spring and the dashpot) of the damper unit is defined. The second model is a simpler model referred to as "the N model" where the entire damper unit is converted into an equivalent frequency-dependent Kelvin-Voigt model. Numerical analyses for 3 and 10-storey building models are conducted to investigate the characters of the optimal design using these models and to examine the validity of the proposed technique.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
/
v.20
no.5
/
pp.76-84
/
2021
In this study, an optimal stiffness model of the C-frame, which was supporting the mold and tool load, was proposed to obtain quality self-piercing riveting (SPR) joining. First, the load path acting on the C-frame structure was identified using topology optimization. Then, a final suggested model was proposed based on the load path results. Stiffness and strength analyses were performed for a rivet pressing force of 7.3 [t] to compare the design performance of the final proposed model with that of the initial model. Moreover, to examine the reliability of continuous and repeated processes, vibration analysis was performed and the dynamic stiffness of the final proposed model was reviewed. Additionally, fatigue analysis was performed to ascertain the fatigue characteristics due to simple repetitive loading. Finally, stiffness test was performed for the final proposed model to verify the analysis results. The obtained results differed from the analysis result by 2.9%. Consequently, the performance of the final proposed model was superior to that of the initial model with respect to not only the SPR fastening quality but also the reliability of continuous and repetitive processes.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
/
2004.10a
/
pp.1274-1277
/
2004
The objective of this research work is to investigate into characteristics of bending stiffness and failure for the ISB ultra-lightweight panel with internally structured material. The expanded metal with a pyramid shape and woven metal are employed as an internally structured material. In order to investigate the characteristics, the specific stiffness and failure map are estimated using the results of three-points bending test. From the results of the experiment, the influence of design parameters of ISB panel on the specific stiffness and failure mode has been found. In addition, it has been shown that ISB panel with expanded metal is prefer to that with woven metal from the view point of optimal design for ISB panel.
Most frame structures cannot be manufactured in a single-piece form. Ideally, when a structure is built up by assembling multi pieces, assembly at the joints should be rigidly performed enough to have almost full stiffness, which is difficult for practical reasons such as manufacturing cost and time. In this research, we aim to develop a manufacturability-oriented compliance-minimizing topology optimization using a ground beam model incorporating additional zero-length elastic joint elements. In the present formulation, design variables control the stiffness of zero-length elastic joints, not the stiffness of beams. Because joint stiffness values at the converged state can be utilized to select candidate assembly locations and their strengths, the technique is extremely useful to design multi-piece frame structures. An optimal layout is also extracted based on the stiffness values.
Joint stiffness can affect the vibration characteristics of car body structures. Therefore, it should be included in vehicle system model. In this paper, a numerical approximation of joint stiffness is presented considering joint flexibility of thin walled beam-jointed structures. Using the proposed method, it is possible to optimize joint structures considering the change of section shapes in vehicle structures. The numerical approximation of joint stiffness is derived using the response surface method in terms of beam section properties. The study shows that joint stiffnesses can be effectively determined in designing vehicle structures.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
/
1997.10a
/
pp.278-283
/
1997
This paper proposes a systematic design method for axial(or thrust) magnetic bearings using optimal design methodology. The objective of the optimal design is to minimize bearing volume. The constraints include the bearing load capacity, linearized bearing stiffness and damping, the magnetic flux density, and geometric relations. In order to obtain design values which can be applied to fabrication of bearings, branch and bound method was introduced in the postprocessing procedure of optimal design results. Verification of the proposed design methodology was perfomed by an example.
By increasing the vertical stiffness of the rail fastening system, the dynamic wheel load of the vehicle can be increased on the ballast track, though this increases the cost of track maintenance. On the other hand, the resistance acting on the wheel is decreased, which lowers the cost of the electric power to run the train. For this reason, the determination of the optimal fastener stiffness is important when attempting to minimize the economic costs associated with both track maintenance and energy to operate the train. In this study, a numerical method for evaluating the optimal vertical stiffness of the fasteners used on ballast track is presented on the basis of the process proposed by L$\acute{o}$pez-Pita et al. They used an approximation formula while calculating the dynamic wheel load. The evaluated fastener stiffness is mainly affected by the calculated dynamic wheel load. In this study, the dynamic wheel load is more precisely evaluated with an advanced vehicle-track interaction model. An appropriate range of the stiffness of the fastener applicable to the design of ballast track along domestic high-speed lines is proposed.
본 웹사이트에 게시된 이메일 주소가 전자우편 수집 프로그램이나
그 밖의 기술적 장치를 이용하여 무단으로 수집되는 것을 거부하며,
이를 위반시 정보통신망법에 의해 형사 처벌됨을 유념하시기 바랍니다.
[게시일 2004년 10월 1일]
이용약관
제 1 장 총칙
제 1 조 (목적)
이 이용약관은 KoreaScience 홈페이지(이하 “당 사이트”)에서 제공하는 인터넷 서비스(이하 '서비스')의 가입조건 및 이용에 관한 제반 사항과 기타 필요한 사항을 구체적으로 규정함을 목적으로 합니다.
제 2 조 (용어의 정의)
① "이용자"라 함은 당 사이트에 접속하여 이 약관에 따라 당 사이트가 제공하는 서비스를 받는 회원 및 비회원을
말합니다.
② "회원"이라 함은 서비스를 이용하기 위하여 당 사이트에 개인정보를 제공하여 아이디(ID)와 비밀번호를 부여
받은 자를 말합니다.
③ "회원 아이디(ID)"라 함은 회원의 식별 및 서비스 이용을 위하여 자신이 선정한 문자 및 숫자의 조합을
말합니다.
④ "비밀번호(패스워드)"라 함은 회원이 자신의 비밀보호를 위하여 선정한 문자 및 숫자의 조합을 말합니다.
제 3 조 (이용약관의 효력 및 변경)
① 이 약관은 당 사이트에 게시하거나 기타의 방법으로 회원에게 공지함으로써 효력이 발생합니다.
② 당 사이트는 이 약관을 개정할 경우에 적용일자 및 개정사유를 명시하여 현행 약관과 함께 당 사이트의
초기화면에 그 적용일자 7일 이전부터 적용일자 전일까지 공지합니다. 다만, 회원에게 불리하게 약관내용을
변경하는 경우에는 최소한 30일 이상의 사전 유예기간을 두고 공지합니다. 이 경우 당 사이트는 개정 전
내용과 개정 후 내용을 명확하게 비교하여 이용자가 알기 쉽도록 표시합니다.
제 4 조(약관 외 준칙)
① 이 약관은 당 사이트가 제공하는 서비스에 관한 이용안내와 함께 적용됩니다.
② 이 약관에 명시되지 아니한 사항은 관계법령의 규정이 적용됩니다.
제 2 장 이용계약의 체결
제 5 조 (이용계약의 성립 등)
① 이용계약은 이용고객이 당 사이트가 정한 약관에 「동의합니다」를 선택하고, 당 사이트가 정한
온라인신청양식을 작성하여 서비스 이용을 신청한 후, 당 사이트가 이를 승낙함으로써 성립합니다.
② 제1항의 승낙은 당 사이트가 제공하는 과학기술정보검색, 맞춤정보, 서지정보 등 다른 서비스의 이용승낙을
포함합니다.
제 6 조 (회원가입)
서비스를 이용하고자 하는 고객은 당 사이트에서 정한 회원가입양식에 개인정보를 기재하여 가입을 하여야 합니다.
제 7 조 (개인정보의 보호 및 사용)
당 사이트는 관계법령이 정하는 바에 따라 회원 등록정보를 포함한 회원의 개인정보를 보호하기 위해 노력합니다. 회원 개인정보의 보호 및 사용에 대해서는 관련법령 및 당 사이트의 개인정보 보호정책이 적용됩니다.
제 8 조 (이용 신청의 승낙과 제한)
① 당 사이트는 제6조의 규정에 의한 이용신청고객에 대하여 서비스 이용을 승낙합니다.
② 당 사이트는 아래사항에 해당하는 경우에 대해서 승낙하지 아니 합니다.
- 이용계약 신청서의 내용을 허위로 기재한 경우
- 기타 규정한 제반사항을 위반하며 신청하는 경우
제 9 조 (회원 ID 부여 및 변경 등)
① 당 사이트는 이용고객에 대하여 약관에 정하는 바에 따라 자신이 선정한 회원 ID를 부여합니다.
② 회원 ID는 원칙적으로 변경이 불가하며 부득이한 사유로 인하여 변경 하고자 하는 경우에는 해당 ID를
해지하고 재가입해야 합니다.
③ 기타 회원 개인정보 관리 및 변경 등에 관한 사항은 서비스별 안내에 정하는 바에 의합니다.
제 3 장 계약 당사자의 의무
제 10 조 (KISTI의 의무)
① 당 사이트는 이용고객이 희망한 서비스 제공 개시일에 특별한 사정이 없는 한 서비스를 이용할 수 있도록
하여야 합니다.
② 당 사이트는 개인정보 보호를 위해 보안시스템을 구축하며 개인정보 보호정책을 공시하고 준수합니다.
③ 당 사이트는 회원으로부터 제기되는 의견이나 불만이 정당하다고 객관적으로 인정될 경우에는 적절한 절차를
거쳐 즉시 처리하여야 합니다. 다만, 즉시 처리가 곤란한 경우는 회원에게 그 사유와 처리일정을 통보하여야
합니다.
제 11 조 (회원의 의무)
① 이용자는 회원가입 신청 또는 회원정보 변경 시 실명으로 모든 사항을 사실에 근거하여 작성하여야 하며,
허위 또는 타인의 정보를 등록할 경우 일체의 권리를 주장할 수 없습니다.
② 당 사이트가 관계법령 및 개인정보 보호정책에 의거하여 그 책임을 지는 경우를 제외하고 회원에게 부여된
ID의 비밀번호 관리소홀, 부정사용에 의하여 발생하는 모든 결과에 대한 책임은 회원에게 있습니다.
③ 회원은 당 사이트 및 제 3자의 지적 재산권을 침해해서는 안 됩니다.
제 4 장 서비스의 이용
제 12 조 (서비스 이용 시간)
① 서비스 이용은 당 사이트의 업무상 또는 기술상 특별한 지장이 없는 한 연중무휴, 1일 24시간 운영을
원칙으로 합니다. 단, 당 사이트는 시스템 정기점검, 증설 및 교체를 위해 당 사이트가 정한 날이나 시간에
서비스를 일시 중단할 수 있으며, 예정되어 있는 작업으로 인한 서비스 일시중단은 당 사이트 홈페이지를
통해 사전에 공지합니다.
② 당 사이트는 서비스를 특정범위로 분할하여 각 범위별로 이용가능시간을 별도로 지정할 수 있습니다. 다만
이 경우 그 내용을 공지합니다.
제 13 조 (홈페이지 저작권)
① NDSL에서 제공하는 모든 저작물의 저작권은 원저작자에게 있으며, KISTI는 복제/배포/전송권을 확보하고
있습니다.
② NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 상업적 및 기타 영리목적으로 복제/배포/전송할 경우 사전에 KISTI의 허락을
받아야 합니다.
③ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 보도, 비평, 교육, 연구 등을 위하여 정당한 범위 안에서 공정한 관행에
합치되게 인용할 수 있습니다.
④ NDSL에서 제공하는 콘텐츠를 무단 복제, 전송, 배포 기타 저작권법에 위반되는 방법으로 이용할 경우
저작권법 제136조에 따라 5년 이하의 징역 또는 5천만 원 이하의 벌금에 처해질 수 있습니다.
제 14 조 (유료서비스)
① 당 사이트 및 협력기관이 정한 유료서비스(원문복사 등)는 별도로 정해진 바에 따르며, 변경사항은 시행 전에
당 사이트 홈페이지를 통하여 회원에게 공지합니다.
② 유료서비스를 이용하려는 회원은 정해진 요금체계에 따라 요금을 납부해야 합니다.
제 5 장 계약 해지 및 이용 제한
제 15 조 (계약 해지)
회원이 이용계약을 해지하고자 하는 때에는 [가입해지] 메뉴를 이용해 직접 해지해야 합니다.
제 16 조 (서비스 이용제한)
① 당 사이트는 회원이 서비스 이용내용에 있어서 본 약관 제 11조 내용을 위반하거나, 다음 각 호에 해당하는
경우 서비스 이용을 제한할 수 있습니다.
- 2년 이상 서비스를 이용한 적이 없는 경우
- 기타 정상적인 서비스 운영에 방해가 될 경우
② 상기 이용제한 규정에 따라 서비스를 이용하는 회원에게 서비스 이용에 대하여 별도 공지 없이 서비스 이용의
일시정지, 이용계약 해지 할 수 있습니다.
제 17 조 (전자우편주소 수집 금지)
회원은 전자우편주소 추출기 등을 이용하여 전자우편주소를 수집 또는 제3자에게 제공할 수 없습니다.
제 6 장 손해배상 및 기타사항
제 18 조 (손해배상)
당 사이트는 무료로 제공되는 서비스와 관련하여 회원에게 어떠한 손해가 발생하더라도 당 사이트가 고의 또는 과실로 인한 손해발생을 제외하고는 이에 대하여 책임을 부담하지 아니합니다.
제 19 조 (관할 법원)
서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.