Banh, Thanh T.;Nguyen, Xuan Q.;Herrmann, Michael;Filippou, Filip C.;Lee, Dongkyu
Steel and Composite Structures
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v.35
no.1
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pp.129-145
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2020
In typical, structural topology optimization plays a significant role to both increase stiffness and save mass of structures in the resulting design. This study contributes to a new numerical approach of topologically optimal design of Mindlin-Reissner plates considering Winkler foundation and mathematical formulations of multi-directional variable thickness of the plate by using multi-materials. While achieving optimal multi-material topologies of the plate with multi-directional variable thickness, the weight information of structures in terms of effective utilization of the material at the appropriate thickness location may be provided for engineers and designers of structures. Besides, numerical techniques of the well-established mixed interpolation of tensorial components 4 element (MITC4) is utilized to overcome a well-known shear locking problem occurring to thin plate models. The well-founded mathematical formulation of topology optimization problem with variable thickness Mindlin-Reissner plate structures by using multiple materials is derived in detail as one of main achievements of this article. Numerical examples verify that variable thickness Mindlin-Reissner plates on Winkler foundation have a significant effect on topologically optimal multi-material design results.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.55
no.4
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pp.289-296
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2018
The offshore subsea platforms are connected to subsea pipelines to transport gas/oil from wells. The pipe is a multilayered structure of polymer and steel for compensating both flexibility and strength. The pipe also requires reinforcement structures to endure the extreme environmental conditions. A vertebrae structure of bend restrictors is one of the reinforcement structures installed to protect the subsea pipe from excessive bending deformations. In this study, structural behaviors of the subsea pipeline with bend restrictors are investigated by the multi-body contact analysis in Abaqus 6.14-2. Contact forces of each bend restrictor extracted from the multi-body contact analysis can be boundary conditions for topology design optimization in Altair Hyperworks 13.0 Hypermesh-Optistruct. Multiple design constraints are considered to obtain a manufacturable design with efficient material usage. Through the multi-body contact analysis with optimized bend restrictors, it is confirmed that the bending performance of the optimized design is enhanced.
Kim, Sang-Rak;Park, Jae-Yong;Lee, Won-Goo;Yu, Jin-Shik;Han, Seog-Young
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.17
no.6
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pp.77-82
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2008
This paper presents a Reliability-Based Topology Optimization(RBTO) using the Evolutionary Structural Optimization(ESO). An actual design involves some uncertain conditions such as material property, operational load and dimensional variation. The Deterministic Topology Optimization(DTO) is obtained without considering the uncertainties related to the uncertainty parameters. However, the RBTO can consider the uncertainty variables because it has the probabilistic constraints. In order to determine whether the probabilistic constraints are satisfied or not, simulation techniques and approximation methods are developed. In this paper, the reliability index approach(RIA) is adopted to evaluate the probabilistic constraints. In order to apply the ESO method to the RBTO, sensitivity number is defined as the change in the reliability index due to the removal of the ith element. Numerical examples are presented to compare the DTO with the RBTO.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.7
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pp.821-826
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2011
CAE-based structural optimization techniques are applied for the design of a lightweight crane. The boom of the crane is designed by shape optimization with the shape of the cross section of the boom as the design variable. The design objective is mass minimization, and the static strength and dynamic stiffness of the system are set as the design constraints. Hyperworks, a commercial analysis and optimization software, is used for shape and topology optimization. In order to consistently change the shape of the elements of the boom with respect to the change in the shape of its cross section, the morphing function in Hyperworks is used. The support of the boom of the original model is simplified to model the design domain for topology optimization, which is discretized by using three-dimensional solid elements. The final result after shape and topology optimization is 19% and 17% reduction in the masses of the boom and support, respectively, without a deterioration in the system stiffness.
Proceedings of the Korean Institute of Interior Design Conference
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2005.10a
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pp.171-175
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2005
The Principle of space composition in modern architecture is thought about functionalism that based on function and program but the present age attempt that escapes form of former space composition. The present age brings fast development than former ages, so we need the space which has correct flexibility on New Age for escaping in existing structural formality. Specially, the space that boundary of existing plate, column and wall is crumbled as becoming possible technological support with social backgrounds. What this study saying is the analysis about the relation between the concept of topology and the consecutive space composition. Therefore, there is the purpose understanding a characteristic of continuity of the plate through the topological concept and understanding the roll in interior space.
Spent nuclear fuel, which can degrade during long-term storage, must be transported intact in normal transport conditions. In this regard, many studies, including those involving Multi-Modal Transportation Test (MMTT) campaigns, have been conducted. In order to transport the spent fuel safely, a tie-down structure for supporting and transporting a cask containing the spent fuel is essential. To ensure its structural integrity, a method for finding an optimum conceptual design for the tie-down structure is presented. An optimized transportation test model of a tie-down structure for the KORAD-21 metal cask is derived based on the proposed optimization approach, and the transportation test model is manufactured by redesigning the optimized model to enable its producibility. The topology optimization approach presented in this paper can be used to obtain optimum conceptual designs of tie-down structures developed in the future.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.31
no.6
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pp.353-358
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2018
In this study, it is describe to an optimization analysis process for the weight reduction of the voltage converter in the electric vehicle charging systems. The optimization design is a technique that finds the optimal material distribution under a given material quantity constraint by combining the design sensitivity with the material properties and the mathematical optimization. Among the topology optimization, a lightweight design is performed by a solid isotropic material with penalization with simple formula and well-convergence. The lightweight design consists of three steps. As a first step, a finite element model for the basic design of the on-board voltage converter was constructed and static analysis was performed on the load. In the second step, the optimum shape is obtained for the lightweight by performing the topology optimization using the solid isotropic material with penalization applying the stiffness coefficient of the isotropic material to the static analysis result. As a final step, impact analysis was performed by applying a half-sinusoidal pulse shape impact load which satisfies the impact test standard of the vehicle-mounted part with respect to the optimum shape. In the topology optimization, the design domain was defined as the mounting bracket area, and the design technology was finally achieved by optimizing the mounting bracket to achieve a weight reduction of 20% over the basic design.
In this article, the force method and Charged System Search (CSS) algorithm are used for the analysis and optimal design of truss structures. The CSS algorithm is employed as the optimization tool and the force method is utilized for analysis. In this paper in addition to member's cross sections, redundant forces, geometry and topology variables are considered as the optimization variables. Minimum complementary energy principle is used directly to analyze the structure. In the presented method, redundant forces are calculated by the CSS in order to minimize the energy function. Combination of the CSS and force method leads to an efficient algorithm in comparison to some of the optimization algorithms.
Seongho, Kim;Subin, Kim;Kyeonghee, Han; Jaeho, Shin;Kyungjin, Kim;Hyung-Jin, Chang;Siwoo, Kim
Journal of Auto-vehicle Safety Association
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v.14
no.4
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pp.27-34
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2022
In the development of automated driving, interest in the interior parts of vehicle is to become more significant in terms of the occupant safety and comfort. This study proposed an optimal design of front seat according to the design requirements for frame stiffness and seat comfort. For the seat comfort, the appropriate foam thickness was obtained using the structural analysis under reclined occupant loadings. While the strength and stiffness analyses were performed to evaluate the seat frame structure. Topology optimization was carried out based on the simulation results and the derived optimal model and baseline seat design was updated. The conceptual seat design for the autonomous vehicle in this study showed that the model development process is appropriate for the design parameters in both frame stiffness and seat comfort.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.13
no.7
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pp.66-77
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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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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