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Erschienen in: Structural and Multidisciplinary Optimization 5/2017

05.09.2017 | RESEARCH PAPER

Gradient-based selection of cross sections: a novel approach for optimal frame structure design

verfasst von: Christian Krogh, Mathias H. Jungersen, Erik Lund, Esben Lindgaard

Erschienen in: Structural and Multidisciplinary Optimization | Ausgabe 5/2017

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Abstract

Optimization of frame structures composed of beams, columns and joints is considered. The problem is to find the optimal combination of standard cross sections from a provided catalog. The approach taken utilizes the Discrete Material Optimization (DMO) method to parameterize the problem and optimize using a gradient based method. It has roots in continuum topology optimization and thus strong parallels are drawn hereto in terms of methodology. The MATLAB implementation can take mass, compliance and stress criteria into account. In addition continuous joint stiffness design variables will indicate whether the joint should be rigid or pinned. Issues related to the non-convexity of the design spaces and the numerous local minima are discussed. The numerical results with benchmark models of varying complexity successfully validate the method as a design tool.

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Literatur
Zurück zum Zitat Bendsøe M, Sigmund O (2003) Topology optimization: theory, methods and applications. Springer, BerlinMATH Bendsøe M, Sigmund O (2003) Topology optimization: theory, methods and applications. Springer, BerlinMATH
Zurück zum Zitat CEN (2007a) EN 1993: Design of steel structures - Part 1-8: Design of joints CEN (2007a) EN 1993: Design of steel structures - Part 1-8: Design of joints
Zurück zum Zitat CEN (2007b) EN 1993: Design of steel structures - Part 1-9: Fatigue CEN (2007b) EN 1993: Design of steel structures - Part 1-9: Fatigue
Zurück zum Zitat Cook RD, Malkus DS, Plesha ME, Witt RJ (2002) Concepts and applications of finite element analysis, 4th edn. John Wiley & Sons, Inc, USA Cook RD, Malkus DS, Plesha ME, Witt RJ (2002) Concepts and applications of finite element analysis, 4th edn. John Wiley & Sons, Inc, USA
Zurück zum Zitat Dorn WS, Gomory RE, Greenberg HJ (1964) Automatic design of optimal structures. J de Mecanique 3:25–52 Dorn WS, Gomory RE, Greenberg HJ (1964) Automatic design of optimal structures. J de Mecanique 3:25–52
Metadaten
Titel
Gradient-based selection of cross sections: a novel approach for optimal frame structure design
verfasst von
Christian Krogh
Mathias H. Jungersen
Erik Lund
Esben Lindgaard
Publikationsdatum
05.09.2017
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Structural and Multidisciplinary Optimization / Ausgabe 5/2017
Print ISSN: 1615-147X
Elektronische ISSN: 1615-1488
DOI
https://doi.org/10.1007/s00158-017-1794-1

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