Valido, Anibal J.;Sousa, Luis G.;Cardoso, J. Barradas
Structural Engineering and Mechanics
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v.4
no.1
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pp.25-35
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1996
This paper describes a continuum variational formulation for design optimization of nonlinear structures in the elastic-plastic domain, where unloading and reloading of the structures are allowed to occur. The Total Lagrangian procedure is used for the description of the structural deformation. The direct differentiation approach is used to derive the sensitivities of the various structural response measures with respect to the design parameters. Since the material goes into the inelastic range and unloading and reloading of the structure are allowed to occur, the structural response is path dependent and an additional step is needed to integrate the constitutive equations. It can be shown, consequently, that design sensitivity analysis is also path-dependent. The theory has been discretized by the finite element technique and implemented in a structural analysis code. Mathematical programming approach is used for the optimization process. Numerical applications on trusses are performed, where cross-sectional areas and nodal point coordinates are treated as design variables. Optimal designs have been obtained and compared by using two different strategies: a two level strategy where the levels are defined accordingly the type of design variables, cross sectional areas or node coordinates, and optimizing simultaneously with respect to both types of design variables.
Song, Chang Yong;Lee, Dong-Jun;Lee, Jin Sun;Kim, Eun Mi;Choi, Bo-Youp
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.34
no.4
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pp.253-262
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2020
This study provides a comparative analysis of experiments-based enhancements and sensitivity evaluations for the structural design of an automatic ocean salt collector under various load conditions. The sizing variables of the structural members were considered as design factors. The strength and weight performances were selected as output responses. The design of experiments used in the comparative study consisted of the orthogonal array design, Box-Behnken design, and central composite design. The response surface model, one of the metamodels, was applied to the approximate model generation. The design enhancement performance metrics, including numerical costs and weight minimization, according to the design of experiments, were compared from the best design case results. The central composite design method showed the most enhanced design results for the structural design of the automatic ocean salt collector.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1993.10a
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pp.163-172
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1993
This paper presents a database approach to integrating the structural analysis and design processes for a typical shear wall apartment building design. Our initial efforts have focused on extracting various graphic information from CAD(AutoCAD™) systems. But now, we concentrate our research efforts on organizing specific information generated during the structural analysis and design processes. The proposed overall system consists of a conventional structural analysis package, a conventional CAD system, and different application interface programs. This system is based on an engineering database which is developed by using an object-oriented data modelling approach. The system is actually implemented on an ORACLE™-based relational database management system.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.41
no.4
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pp.213-219
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2018
Mechanical components are to be produced with accurate dimensions in order to function properly in assemblies of a machine. Once designs of mechanical components are created, designers examine the designs by adopting many known experimental methods. A primary test method includes stress and strain evaluation of structural parts. In addition, fatigue test and vibration analysis are an important test method for mechanical components. Real experiments at a laboratory are established when products are manufactured. Since design changes should be done before producing the designs in factories, rapid modifications for new designs are required in production industries. FEM simulation is a proper choice for a design evaluation with speed at a detail stage in design process. This research focuses modeling and mechanical simulation of a mechanical component in order to ensure structural safety. In this paper, a universal joint, being used in driving axels of vehicles, is studied as a target component. A design model is created and tested in some ways by using commercial software of FEM. The designed component is being twisted to transmit heavy power and thus, torsional stress should be under strengths of the component's material. The next is fatigue analysis to convince fatigue cycles to be within the endurance limit of the material. Another test is a vibration analysis for rotational components. This research draws final conclusions from these test analyses and recommends whether the designed model is under safety condition in terms of mechanical structure.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.6
no.3
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pp.97-102
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2002
Two dimensional Analysis has been applied to most of tunnel lining design in these days. Two dimensional analysis uses beam or curved beam element for finite element method. But because the behaviors of tunnel concrete lining structure is near to shell, it is required to model the tunnel lining as shell structure for safety design of tunnel lining structure. In this paper, two dimensional analysis by beam element and the three dimensional analysis by shell element of tunnel concrete lining are studied, in which 3 type of tunnel lining and lateral pressure factors are considered. As results of the study, three dimensional analyses of the behavior of tunnel concrete lining structure considering lateral pressure factor shows that the moment of three dimensional analysis is greater than those of two dimensional analysis. The results shows that three dimensional analysis is necessary for safety design of tunnel lining.
The field of structural fire engineering has evolved within the construction industry, driven largely by the acceptance of performance-based or goal-based design. This evolution has brought two disciplines very close together - that of structural engineering and fire engineering. This paper presents an overview of structural systems that are frequently adopted in tall building design; typical beams and columns, concrete filled steel tube columns and long span beams with web openings. It is shown that these structural members require a structural analysis in relation to their temperature evolution and failure modes to determine adequate thermal protection for a given fire resistance period. When this is accounted for, a more explicit understanding of the behaviour of the structure and significant cost savings can be achieved. This paper demonstrates the importance of structural fire assessments in the context of tall building design. It is shown that structural engineers are more than capable of assessing structural capacity in the event of fire using published methodologies. Rather than assumed performance, this approach can result in a safe and quantified design in the event of a fire.
Reliability-based design optimization (RBDO) is a powerful tool for design optimization when considering probabilistic characteristics of design variables. However, it is often computationally intensive because of the coupling of reliability analysis and cost minimization. In this study, the concept of reliability mapping function is defined based on the relationship between the reliability index obtained by using the mean value first order reliability method and the failure probability obtained by using an improved response surface method. Double-loop involved in the classical RBDO can be converted into single-loop by using the reliability mapping function. Since the computational effort of the mean value first order reliability method is minimal, RBDO by using reliability mapping functions should be highly efficient. Engineering examples are given to demonstrate the efficiency and accuracy of the proposed method. Numerical results indicated that the proposed method has the similar accuracy as Monte Carlo simulation, and it can obviously reduce the computational effort.
International Journal of Aerospace System Engineering
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v.4
no.1
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pp.9-12
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2017
In this study, an investigation on mechanical properties of flax natural fiber composite is performed as a precedent study on the design of eco-friendly structure using flax natural fiber composite. The Vacuum Assisted Resin Transfer Molding-Light (VARTML) manufacturing method is adopted for manufacturing the flax fiber composite panel. The VARTML is a manufacturing process that the resin is injected into the dry layered-up fibers enclosed by a rigid mold tool under vacuum. In this work, the resin flow analysis of VARTM manufacturing method is performed. A series of flax composite panels are manufactured, and several kinds of specimens cut out from the panels are tested to obtain mechanical performance data. Based on this, structural design of chemical storage tank for agricultural vehicle was performed using flax/vinyl ester. After structural design and analysis, the resin flow analysis of VARTM manufacturing method was performed.
The performance of steel MRF with rigid connections, proportioned by adopting different capacity design criteria, is evaluated in order to highlight the effectiveness of static non-linear procedure in predicting the structural seismic behavior. In the framework of the performance-based design, some considerations are made on the basis of the results obtained by both dynamic time histories and push-over analyses, particularly with reference to the damage level and the structure ability to withstand a strong earthquake.
The purpose of this paper is to perform the structural design of the small scale vertical-axis wind turbine (VAWT) blade using a response surface method(RSM). First, the four design factors that have a strong influence on the structural response of blade were selected. Analysis conditions were calculated by using the central composite design(CCD), which is a typical design of experiment for the response surface method(RSM). Also, the significance of the central composite design(CCD) was verified using analysis of variance(ANOVA). The finite element analysis was performed for the selected analytical conditions for the application of response surface method(RSM). Finally, a optimization problem was solved with a objective function of blade weight and a constraint of allowable stress to achieve a optimal structural design of blade.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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