The material-based homogenization design method generates arbitrary topologies of initial structural design as well as reinforcement structural design by controlling the amount of material available. However, if a small volume constraint is specified in the design of Lightweight structures, thin and slender structures are usually obtained. For these structures stability becomes one of the most important requirements. Thus, to prevent overall buckling (that is, to increase stability), the objective of the design is to maximize the buckling load of a structure. In this paper, the buckling analysis is restricted to the linear buckling behavior of a structure. The global stability requirement is defined as a stiffness constraint, and determined by solving the eigenvalue problem. The optimality conditions to update the design variables are derived based on the sequential convex approximation method and the dual method. Illustrated examples are presented to validate the feasibility of this method in the design of structures.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers
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v.19
no.8
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pp.1822-1831
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1995
A general formulation of the design optimization problem with the random parameters is presented here. The formulation is based on the stochastic finite element second-order perturbation method ; it takes into full account of the stress and displacement constraints together with the rates of change of the random variables. A method of direct differentiation for calculating the sensitivity coefficients in regard to the governing equation and the second-order perturbed equation is derived. A gradient-based nonlinear programming technique is used to solve the problem. The numerical results are specifically noted, where the stiffness parameter and external load are treated as random variables.
Transactions of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering
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v.17
no.11
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pp.1086-1092
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2007
This paper is concerned with the vibration analysis of a rectangular plate with multiple circular holes. On the contrary to the case of rectangular plate with multiple rectangular holes, it is very difficult to perform qualitative analysis on natural vibration characteristics because of geometrical inconsistency. In this paper, we applied the Independent Coordinate Coupling Method(ICCM) to the addressed problem, which was developed to compute natural vibration characteristics of the rectangular plate with a circular hole and proven to be computationally effective. The ICCM is based on Rayleigh-Ritz method but utilizes independent coordinates for each hole domain. By matching the deflection conditions for each hole imposed on the expressions, we can easily derive the reduced mass and stiffness matrices. The resulting equation is then used for the calculation of the eigenvalue problem. The numerical results show the efficacy of the Independent Coordinate Coupling Method.
In this paper, a Cloud Model based Fruit Fly Optimization Algorithm (CMFOA) is presented for structural damage identification, which is a global optimization algorithm inspired by the foraging behavior of fruit fly swarm. It is assumed that damage only leads to the decrease in elementary stiffness. The differences on time-domain structural acceleration data are used to construct the objective function, which transforms the damaged identification problem of a structure into an optimization problem. The effectiveness, efficiency and accuracy of the CMFOA are demonstrated by two different numerical simulation structures, including a simply supported beam and a cantilevered plate. Numerical results show that the CMFOA has a better capacity for structural damage identification than the basic Fruit Fly Optimization Algorithm (FOA) and the CMFOA is not sensitive to measurement noise.
International Journal of Precision Engineering and Manufacturing
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v.9
no.2
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pp.44-49
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2008
This paper describes the problem of ultraprecision positioning with a ball screw mechanism in the microdynamic range, along with its solution. We compared the characteristics of two ball screw mechanisms with different table masses. The experimental results showed that the vibration resulting from the low stiffness of the ball screw degraded the positioning performance in the microdynamic range for the heavyweight mechanism. The proposed nominal characteristic trajectory following (NCTF) controller was designed for ultra precision positioning of the ball screw mechanism. The basic NCTF control system achieved ultra precision positioning performance with the lightweight mechanism, but not with the heavyweight mechanism. A conditional notch filter was added to the NCTF controller to overcome this problem. Despite the differences in payload and friction, both mechanisms then showed similar positioning performance, demonstrating the high robustness and effectiveness of the improved NCTF controller with the conditional notch filter. The experimental results demonstrated that the improved NCTF control system with the conditional notch filter achieved ultra precision positioning with a positioning accuracy of better than 10 nm, independent of the reference step input height.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1997.04a
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pp.662-668
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1997
Since the structural impedance is much greater than that of medium in the most cases, we often assume that the structure is rigid and that the structural vibration is independent of medium, i.e. we usually calculate the vibration of the structure first, and then obtain the radiation sound from it. This assumption is no longer satisfied when the structural stiffness is small or the fluid impedance is comparable to it. This situation often happens in underwater acoustics. Although many researchers have studied about structural-fluid coupling, we have difficulties in solving the problem analytically. Therefore the numerical method using powerful computation leads us to obtain the various coupling problem. To understand the physical coupling phenomena, visualization of sound field by a geometrically simple system(plate-cavity coupled system) is performed experimentally. Acoustic holographic method is used to estimate sound field.
The deformational response of plastic board drains installed to accelerate consolidation of soft soils, is examined as a problem of downdrag. The drain is modelled as a beam-column in which the axial load increases nonlinearly with depth. The soil response is represented by the Winkler medium whose coefficient of subgrade modulus increases linearly with depth. The governing equations for the drain-soil system are derived and solved as an eigenvalue problem. The critical buckling loads and the shape of the drain are obtained as functions of the normalized subgrade modulus of the soil at the top, the parameters signifying the variation of axial load along the length of the drain and the increase of subgrade modulus with depth. The derived deformed shapes of the drain are consistent with the observed ones.
In this paper, the Multi-Swarm Fruit Fly Optimization Algorithm (MFOA) is presented for structural damage identification using the first several natural frequencies and mode shapes. We assume damage only leads to the decrease of element stiffness. The differences on natural frequencies and mode shapes of damaged and intact state of a structure are used to establish the objective function, which transforms a damage identification problem into an optimization problem. The effectiveness and accuracy of MFOA are demonstrated by three different structures. Numerical results show that the MFOA has a better capacity for structural damage identification than the original Fruit Fly Optimization Algorithm (FOA) does.
In order to improve the crane-hook's performance and service life, we formulate a multi-criteria shape design problem considering practical conditions. The structural weight, the displacement at specified points and the induced matrix norm of stiffness matrix are adopted as the evaluation items to be minimized. The heights and widths of cross-section are chosen as the design variables. The design variables are expressed in terms of shape functions based on the Gaussian function. For this multi-objective optimization problem with three items, we utilize a multi-objective evolutionary algorithm, that is, the multi-objective Particle Swarm Optimization (MOPSO). As a common feature of obtained solutions, the side views are tapered shapes similar to those of actual crane-hook designs. The evaluation item values of the obtained designs demonstrate importance of the present optimization as well as the feasibility of the proposed optimal design approach.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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1997.10a
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pp.319-325
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1997
As customer's demand for vehicle comfort is getting increased, vibration problem is very important issue in vehicle development. Engine is the main factor causing vehicle vibration, so that we should isolate detrimental transmitted excitation from engine. In order to solve this problem engine mounting system was properly optimized. Simulation was performed not only rigid body mode analysis but also flexible body mode analysis. We obtained the optimal locations and stiffness of engine mounts from simulation results, and had reasonable results from considering flexible body mode than only rigid body mode analysis.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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