The underlying advantages of using thin-walled corrugatedwebs instead of plate girders with stiffeners are the elimination of instability problems associated with buckling of the thin-walled flat plate, and elimination of the need for transverse stiffeners, which alsoresults in economic advantages. This paper focuses on two aspects related to the structural design technique forsinusoidal corrugated web steel beams, and the optimum design of the beams using real-value genetic algorithms. The structural design process and design variables used in this optimization werecomposed with EN 1993-1-5, DASt-R015 standard and Pasternak et al. (2004), and the valid design capacity of shear buckling of the standards were compared. For the optimum structural design, the objective function, presented as the fullweight of the sinusoidal corrugated web beams, and the slenderness, member forces, and maximum deflection of the beam, were considered constraints. Finally, the simple beam under the uniform load was adopted as a numerical example, and the effective probability parameters of the genetic operators were considered to find the global minimum point.
Kim Yong-Yook;Kapania Rakesh K.;Johnson Eric R.;Palmer Matthew E.;Kwon Tae-Kyu;Hong Chul-Un;Kim Nam-Gyun
Journal of Mechanical Science and Technology
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v.20
no.2
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pp.251-261
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2006
The objective of this work is to apply artificial neural networks for solving inverse problems in the structural optimization of a fiber optic pressure sensor. For the sensor under investigation to achieve a desired accuracy, the change in the distance between the tips of the two fibers due to the applied pressure should not interfere with the phase change due to the change in the density of the air between the two fibers. Therefore, accurate dynamic analysis and structural optimization of the sensor is essential to ensure the accuracy of the measurements provided by the sensor. To this end, a normal mode analysis and a transient response analysis of the sensor were performed by combining commercial finite element analysis package, MSC/NASTRAN, and MATLAB. Furthermore, a parametric study on the design of the sensor was performed to minimize the size of the sensor while fulfilling a number of constraints. In performing the parametric study, the need for a relationship between the design parameters and the response of the sensor was fulfilled by using a neural network. The whole process of the dynamic analysis using commercial finite element analysis package and the parameter optimization of the sensor were automated within the MATLAB environment.
Optimal design of raft-pile foundations is examined by combining finite element technique and the optimization approach. The piles and soil medium are modeled by three dimensional solid elements while the raft is modelled by shell elements. Drucker-Prager criterion is adopted for the soil medium while the raft and the piles are assumed to be linear elastic. For the optimization process, the approximate semi-analytical method is used for calculating constraint sensitivities and a constraint approximation method which is a combination of the extended Bi-point approximation and Lagrangian polynomial approximation is used for predicting the behaviour of the constraints. The objective function of the problem is the volume of materials of the foundation while the design variables are raft thickness, pile length and pile spacing. The generalized reduced gradient algorithm is chosen for solving the optimization process. It is demonstrated that the method proposed in this study is promising for obtaining optimal design of raft-pile foundations without carrying out a large number of analyses. The results are also compared with those obtained from the previous study in which linear analysis was carried out.
The reliability-based seismic design of steel frames is a complex process that incorporates seismic demand with a structural capacity to attain safe buildings aligned with specified constraints. This paper introduces an efficient base shear force formulation to support the reliability-based design process of steel frames. The introduced base shear force equation combines the seismic demand statistics with the reliability objective to calculate a fictitious base shear force for linear static analysis. By concentrating on the seismic demand and promising to meet a certain level of reliability, the equation converts the reliability-based seismic design problem to a deterministic one. Two code-compliant real-size steel moment frames are developed according to different reliability objectives to demonstrate the competency of the proposed formula. The nonlinear dynamic analysis method is used to assess the seismic reliability of the constructed frames, and the numerical results validate the credibility of the suggested formulation. The base shear force calculation method regarding seismic reliability is the main finding of this study. The ease of use makes this approach a potent tool for design professionals and stakeholders to make rapid risk-informed decisions regarding steel moment frame design.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.27
no.5
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pp.421-427
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2014
Most of the structure of the real world is influenced under dynamic loads. However, when structure analysis and the structural optimization is performed, it is assumed that the static load acts on structure. When considering the actual load of dynamic loads in order to take into account a variety of loads, computational resources and time becomes a big burden in terms of cost. However, considering only the simple static load condition is not preferable for structural safety. For this reason, a lot of studies have been conducted trying to compensate this trouble by applying weight factor or replacing dynamic load with the equivalent static load. In this study, structural optimization techniques for structures under dynamic loads is proposed by applying the equivalent static load. From previous study, after determining the positions of equivalent static load based on primary degrees of freedom, the equivalent static load is calculated through the optimization process. In this process, the equivalent static load optimization of previous research is complemented by adding constraints to avoid excessively large load extraction. In numerical examples, dynamic load is applied to the truss structure and the plate. Then, the reliability of the proposed optimization technique is verified by carrying out size optimization with the equivalent static load.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.17
no.3
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pp.319-332
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2004
Due to their high strength to weight ratios and excellent durability, fiber reinforced polymer(FRP) is widely used in construction industries. In this paper, a shape optimum design of FRP bridge decks haying pultruded cellular cross-section is presented. In the problem formulation, an objective function is selected to minimize the volumes. The cross-sectional dimensions and material properties of the deck of FRP bridges are used as the design variables. On the other hand, deflection limits in the design code, material failure criteria, buckling load, minimum height, and stress are selected as the design constraints to enhance the structural performance of FRP decks. In order to efficiently treat the optimization process, the cross-sectional shape of bridge decks is assumed to be a tube shape. The optimization process utilizes an improved Genetic Algorithms incorporating indexing technique. For the structural analysis using a three-dimensional finite element, a commercial package(ABAQUS) is used. Using a computer program coded for this study, an example problem is solved and the results are presented with sensitivity analysis. The bridge consists of a deck width of 12.14m and is supported by five 40m long steel girders spaced at 2.5m. The bridge is designed to carry a standard DB-24 truck loading according to the Standard Specifications for Highway Bridges in Korea. Based on the optimum design, viable cross-sectional dimensions for FRP decks, suitable for pultrusion process are proposed.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.20
no.11
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pp.67-73
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2021
Tanks are key weapons of ground combat that are equipped with powerful weapons and have strong protective bodies. One tank component, the engine clutch flange, is located in the part of the tank where the engine and transmission are installed, and it is a key part of the power transfer and shutoff. The engine clutch flange transmits high power to secure the mobility of the tank; thus, it must have high strength and hardness. In addition, high durability and safety must be ensured because tank operations must exclude concerns about damage. In this study, an engine clutch female flange for tanks made of SNCM439 was developed. The 2D design used AutoCAD programs, and the 3D shape design used CATIA programs. The structural analysis was conducted using ANSYS. The mesh grid has a tetrahedron shape and is created by adding a mid-side node. After the mechanical properties and constraints of SNCM439 were entered, the changes in the safety factor, total deformation, and Von-Mises stress were identified according to the increase in torque. Prototype processing was performed to verify the engine clutch female flange for the tank. To determine the productivity of the product, the cutting processing time was measured when processing the prototypes. Based on the results of measuring the cutting processing time, it is concluded that research is needed to improve productivity because MCT slot cutting processing is time consuming.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.3A
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pp.217-225
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2009
Bridge design is a problem-solving process whose level of design quality strongly depends on how to relate design constraints with feasibile design objectives in conceptual design stage. This paper has focused on how to create bridge shapes using creativity toward better looking bridge appearances in conceptual design stage. The term creativity in this study does not refer to the creation of something from nothing but to the reorganization of existing concepts. Such creativity includes not only enlarging the number of structural forms which is established based on the relationship between form and statics but also combining bridge design with artistic components like an architectural style. Also, this study has investigated the usefulness of graphic statics as a structural analysis tool showing the analysis results visually to generate bridge forms in conceptual design stage. It is expected that the proposed way of generating bridge forms in this study to be used not only for practical purpose but also for educational purpose regarding the aesthetic bridge design serving as a new education paradigm.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.2
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pp.123-133
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2006
The main objective of this study is to develop an optimization algorithm of framed structures with rigid and various semi-rigid connections using the multilevel dynamic programming and the sequential unconstrained minimization techniques (SUMT). The second-order elastic analysis is performed for steel framed structures. The second order elastic analysis is developed based on nonlinear beam-column theory considering the bowing effect. The following semi-rigid connections are considered; double web angle, top-seat angle and top-seat angle with web angle. We considered the three connection models, such as modified exponential, polynomial and three parameter model. The total weight of the structural steel is used as the objective function in the optimization process. The dimensions of steel cross section are selected as the design variables. The design constraints consist of strength requirements for axial, shear and flexural resistance and serviceability requirements.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.26
no.6
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pp.723-731
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2020
The design of offshore plants should reflect the various requirements of the owner and the classification society. For a topside module mounted on an of shore structure, the design process is very demanding because of the large spatial constraints and the many requirements related to marine environmental conditions and safety such as the movement of the structure. In this study, the load acting on the hydraulic power unit, which is one of the main equipment in the topside module, was calculated according to the DNVGL rule; the structural safety was evaluated according to each load condition and the structural reliability of the developed product was improved. For structural analysis, MSC software was used, and structural analysis was performed under five load conditions to review structural safety for various movements. The results show that the maximum stress occurred during pitching toward the stern (Load Case 5). The stress level was approximately 85 % of the allowable stress, and the maximum deformation was approximately 5 % of the allowable value. The structural safety was confirmed, and no intermember interference occurred.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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