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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.10
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pp.1590-1597
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2004
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.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.9
s.240
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pp.1209-1216
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2005
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.
Chang, Sang Wu;Kim, Nam Yong;Lee, Hee Gyung;Kim, Hyun Jung;Lee, Yun Jung;Jin, Ok Bae;Kim, Mi Gyung
Korean Journal of Clinical Laboratory Science
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v.36
no.2
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pp.127-130
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2004
Analytical sensitivity on TDM test is the lowest concentration that can be distinguished from background noise. The aim of study was to evaluate analytical sensitivity that is also referred to as the lower limit of detection(LLD) about difference between zero calibrator and isotonic saline sample. We tested for 10 days with zero calibrators and 0.85% saline samples while running trilevel control samples under control. Raw data divided by two groups calculated mean and standard deviation from two sample populations and analytical sensitivity by ${\bar{X}}+2SD$. In comparison with isotonic saline samples and zero calibrators, there were significant differences in phenytoin, phenobarbital and vancomycin, etc. Especially analytical sensitivity on phenytoin is at the same level as the upper limit of analytical measurement range with $40{\mu}g/mL$. We think the cause of this is matrix interference. In conclusion, we were sure that standard protocol for analytical sensitivity as lower limit of analytical measurement range on TDM test must be measured with zero standard rather than an isotonic saline sample and type 1 reagent DW for reducing matrix effects within interactions between different materials in a mixture.
JSTS:Journal of Semiconductor Technology and Science
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v.13
no.5
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pp.500-510
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2013
In this paper, a high-sensitivity low power photodetector using double gate (DG) MOSFET is proposed for the first time using change in subthreshold current under illumination as the sensitivity parameter. An analytical model for optically controlled double gate (DG) MOSFET under illumination is developed to demonstrate that it can be used as high sensitivity photodetector and simulation results are used to validate the analytical results. Sensitivity of the device is compared with conventional bulk MOSFET and results show that DG MOSFET has higher sensitivity over bulk MOSFET due to much lower dark current obtained in DG MOSFET because of its effective gate control. Impact of the silicon film thickness and gate stack engineering is also studied on sensitivity.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.2
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pp.165-171
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2012
In this paper, an analytical method is used to perform a sensitivity analysis of geometric errors in a three-axis machine tool. First, an error synthesis model is constructed for evaluating the position volumetric error due to the geometric errors, and then an output variable is defined, such as the magnitude of the position volumetric error. Next, the global sensitivity analysis is executed using an analytical method. Finally, the sensitivity indices are calculated using the quantitative values of the geometric errors.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.14
no.2
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pp.120-128
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1997
In this paper, A design strategy of the Surface Mounting Device for accurate and better performance is studied. Analytical modeling, sensitivity analysis, and optimization are being conducted. The ANSYS software and experimental method are used for the verification of the analytical equations with boundary conditions. Through the sensitivity analysis, the most dominant design parameter can be detected. The optimum design parameters for improving the given performances are selected by using the optimiza- tion algorithm. The design tool based on the design strategy for the analysis, modeling, and optimization will be useful for are-design and better improving of the SMD.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.04a
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pp.335-342
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2002
A continuum-based design sensitivity analysis (DSA) method fur non-shape problems is developed for geometrically nonlinear elastic structures. The non-shape problem is characterized by the design variables that are not associated with the domain of system like sizing, material property, loading, and so on. Total Lagrangian formulation with the Green-Lagrange strain and the second Piola-Kirchhoff stress is employed to describe the geometrically nonlinear structures. The spatial domain is discretized using the 4-node isoparametric plane stress/strain elements. The resulting nonlinear system is solved using the Newton-Raphson iterative method. To take advantage of the derived analytical sensitivity In topology optimization, a fast and efficient design sensitivity analysis method, adjoint variable method, is employed and the material property of each element is selected as non-shape design variable. Combining the design sensitivity analysis method and a gradient-based design optimization algorithm, an automated design optimization method is developed. The comparison of the analytical sensitivity with the finite difference results shows excellent agreement. Also application to the topology design optimization problem suggests a very good insight for the layout design.
Azqandi, Mojtaba Sheikhi;Hassanzadeh, Mahdi;Arjmand, Mohammad
Advances in Computational Design
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v.4
no.1
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pp.15-32
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2019
One of the efficient and useful tools to achieve the optimal design of structures is employing the sensitivity analysis in the finite element model. In the numerical optimization process, often the semi-analytical method is used for estimation of derivatives of the objective function with respect to design variables. Numerical methods for calculation of sensitivities are susceptible to the step size in design parameters perturbation and this is one of the great disadvantages of these methods. This article uses complex variables method to calculate the sensitivity analysis and combine it with discrete sensitivity analysis. Finally, it provides a new method to obtain the sensitivity analysis for linear structures. The use of complex variables method for sensitivity analysis has several advantages compared to other numerical methods. Implementing the finite element to calculate first derivatives of sensitivity using this method has no complexity and only requires the change in finite element meshing in the imaginary axis. This means that the real value of coordinates does not change. Second, this method has the lower dependency on the step size. In this research, the process of sensitivity analysis calculation using a finite element model based on complex variables is explained for linear problems, and some examples that have known analytical solution are solved. Results obtained by using the presented method in comparison with exact solution and also finite difference method indicate the excellent efficiency of the proposed method, and it can predict the sustainable and accurate results with the several different step sizes, despite low dependence on step size.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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