In this paper, an analysis technique is presented for performing the effective design of bus structure. Sensitivity analysis is carried out for the natural frequency of component structures consisting of bus B.I.W. Local vibration modes of substructure, which large affect on the global vibration mode of the bus B.I.W., are obtained through the sensitivity analysis technique using the mathematical chain rule. And also the design variables, which are determined from the sensitivity analysis, are redesigned through optimum design process. The proposed analysis technique shows that the bus structure can be effectively designed considering the vibration characteristics.
An optimum design algorithm of PSC box girder bridges using design sensitivity analysis is proposed in this paper. For the efficiency of the proposed algorithm, approximated reanalysis techniques using design sensitivity analysis are introduced. And also to save the numerical efforts, an efficient reanalysis technique through approximated structural responses is proposed. A design sensitivity analysis of structural response is executed by automatic differentiation(AD). The efficiency and robustness of the proposed algorithm, compared with conventional algorithm, is successfully demonstrated in the numerical example.
Three methods of design sensitivity analysis for structures such as numerical method, analytical method and semi-analytical method have been developed for the last three decades. Although analytical design sensitivity analysis can provide very exact result, it is difficult to implement into practical design problems. Therefore, numerical method such as finite difference method is widely used to simply obtain the design sensitivity in most cases. The numerical differentiation is sufficiently accurate and reliable fur most linear problems. However, it turns out that the numerical differentiation is inefficient and inaccurate in nonlinear design sensitivity analysis because its computational cost depends on the number of design variables and large numerical errors can be included. Thus the semi-analytical method is more suitable for complicated design problems. Moreover, semi-analytical method is easy to be performed in design procedure, which can be coupled with an analysis solver such as commercial finite element package. In this paper, implementation procedure fur the semi-analytical design sensitivity analysis outside of the commercial finite element package is studied and the computational technique is proposed for evaluating the partial differentiation of internal nodal force, so called pseudo-load. Numerical examples coupled with commercial finite element package are shown to verify usefulness of proposed semi-analytical sensitivity analysis procedure and computational technique for pseudo-load.
Sensitivity analysis and structural modification technique are used to reduce the interior noise of a passenger car. The sensitivity analysis for the noise level at the rear seat shows that the stiffness change at the front lower member and the rear roof rail are sensitive. Using the structural modification method, we verified that the reinforcements at those members decrease the noise transfer function from the body to the rear seat. The combined application of the sensitivity analysis and structural modification method can decrease the noise level effectively.
Fatehi, Mohammad Reza;Ghanbarzadeh, Afshin;Moradi, Shapour;Hajnayeb, Ali
Structural Engineering and Mechanics
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제68권5호
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pp.549-561
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2018
Sobol method is applied as a powerful variance decomposition technique in the field of global sensitivity analysis (GSA). The paper is devoted to increase convergence speed of the extracted Sobol indices using a new proposed sampling technique called genetic based Latine hypercube sampling (GBLHS). This technique is indeed an improved version of restricted Latine hypercube sampling (LHS) and the optimization algorithm is inspired from genetic algorithm in a new approach. The new approach is based on the optimization of minimax value of LHS arrays using manipulation of array indices as chromosomes in genetic algorithm. The improved Sobol method is implemented to perform factor prioritization and fixing of an uncertain comprehensive high speed rotor-bearing system. The finite element method is employed for rotor-bearing modeling by considering Eshleman-Eubanks assumption and interaction of axial force on the rotor whirling behavior. The performance of the GBLHS technique are compared with the Monte Carlo Simulation (MCS), LHS and Optimized LHS (Minimax. criteria). Comparison of the GBLHS with other techniques demonstrates its capability for increasing convergence speed of the sensitivity indices and improving computational time of the GSA.
In general low frequency vibration characteristics like an idleshake is mainly influeced by pillar section properties and joints. So the design technique development of vehicle pillar structures is required to initial design and vehicle development stage. In this paper to develop pillar structure design technique considering low frequency vibration characteristics, strain energy method, design sensitivity analysis method, and design optimization method using commercial finite element analysis program and optimization program are presented.
A general procedure for determining the optimum location of suspension hard points with respect to kinematic design parametes is presented. Suspensions are modeled as connection of rigid bodies by ideal kinematic joints. Constraint equations of the kinematic joints are expressed in terms of the generalized coordinates and hard points. By directly differentiating the constraint equations with respect to the hard points, kinematic sencitivity equations are obtained. In order to cope with algebraic complexity associated with the differentiation process, a symbolic computation technique is used. A performance index is defined in terms of static design parameters such as camber, caster, toe, ect.. Gradient of the performance index can be analytically computed from the kinematic sensitivity equations. Optimization results show the effectiveness and validity of the procedure, which is applicable to any type of suspension if its kinematic configurations are given.
Journal of Korean Society for Atmospheric Environment
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제21권E3호
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pp.75-85
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2005
A mathematical sensitivity analysis of the flow-through dynamic flux chamber technique, which has been utilized usually for various trace gas flux measurement from soil and water surface, was performed in an effort to provide physical and mathematical understandings of parameters essential for the NO flux calculation. The mass balance equation including chemical reactions was analytically solved for the soil NO flux under the steady state condition. The equilibrium concentration inside the chamber, $C_{eq}$, was found to be determined mainly by the balance between the soil flux and dilution of the gas concentration inside the chamber by introducing the ambient air. Surface deposition NO occurs inside the chamber when the $C_{eq}$ is greater than the ambient NO concentration ($C_{0}$) introducing to the chamber; NO emission from the soil occurs when the $C_{eq}$ is less than the ambient NO concentration. A sensitivity analysis of the significance of the chemical reactions of NO with the reactive species (i.e. $HO_{2},/CH_{3}O_{2},/O_{3}$) on the NO flux from soils was performed. The result of the analysis suggests that the NO flux calculated in the absence of chemical reactions and wall loss could be in error ranges from 40 to $85\%$ to the total flux.
A methodology is developed and used to evaluate the response sensitivity of the thermal systems to variations in their design parameters. Technique for computing the sensitivity of temperature distributions to changes in processing parameters needed to decide the more effective laser input parameters for laser surface hardening treatment is considered. In this study, a state equation governing the heat flow in laser surface treatment is analyzed using a three-dimensional finite element method and sensitivity data of the processing parameter obtained using a direct differentiation method is applied to the sensitivity analysis. The interesting processing parameters are taken as the laser scan velocity and laser beam radius ( $r_{ b}$), and the sensitivities of the temperature T versus v and $r_{b}$ are analyzed. These sensitivity results are obtained with another parameters fixed. To verify the numerical analysis results, hardened layer dimensions (width and depth) of the numerical analysis are compared with the experimental ones.nes.
Three methods for design sensitivity such as numerical differentiation, analytical method and semi-analytical method have been developed for the last three decades. Although analytical design sensitivity analysis is exact, it is hard to implement for practical design problems. Therefore, numerical method such as finite difference method is widely used to simply obtain the design sensitivity in most cases. The numerical differentiation is sufficiently accurate and reliable for most linear problems. However, it turns out that the numerical differentiation is inefficient and inaccurate because its computational cost depends on the number of design variables and large numerical errors can be included especially in nonlinear design sensitivity analysis. Thus semi-analytical method is more suitable for complicated design problems. Moreover semi-analytical method is easy to be performed in design procedure, which can be coupled with an analysis solver such as commercial finite element package. In this paper, implementation procedure for the semi-analytical design sensitivity analysis outside of the commercial finite element package is studied and computational technique is proposed, which evaluates the pseudo-load for design sensitivity analysis easily by using the design variation of corresponding internal nodal forces. Errors in semi-analytical design sensitivity analysis are examined and numerical examples are illustrated to confirm the reduction of numerical error considerably.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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