A systematic approach to socket shape design of a concave piston assembly for a high pressure hydraulic pump of an excavator is presented in this paper. A design model is given and a methodology of socket shape design is proposed. An axisymmetric rigid-plastic finite element method is employed for predicting the approximate socket shape formed by a rotary forming process as well as for simulating the test process for separating the shoe from the piston assembly designed. It is verified that the predictions are in good agreement with the experiments. The approach is successfully applied to developing an optimal concave piston assembly.
The doctor blade is equipped in a toner cartridge and is a device to maintain the uniform thickness of a toner by controlling the pressure on the developing roller. The contact pressure between the developing roller and the doctor blade is one of the significant factors for image quality and durability of toner cartridge. The purpose of this study is to develop approximation model in order to minimize the time and cost which are needed much required in making optimal design of the doctor blade. Central composite design was used for the design of experiment and response surface design was used for approximation. The data for contact pressure were acquired through finite element analysis and data of image density and toner weight were acquired through experiment. The approximation model developed in this study has presented very high fitness.
Direct-acting solenoid valves are used in the automotive industry due to their simple structure and quick response in controlling the flow of fluid. We performed an optimization study of response time in order to improve the dynamic performance of a direct-acting solenoid valve. For the optimal design process, we used the commercial optimization software PIAnO, which provides various tools for efficient optimization including design of experiments (DOE), approximation techniques, and a design optimization algorithm. 35 sampling points of computational experiments are performed to find the optimum values of the design variables. In all cases, ANSYS Maxwell electromagnetic analysis software was used to model the electromagnetic dynamics. An approximate model generated from the electromagnetic analysis was estimated and used for the optimization. The best optimization model was selected using the verified approximation model called the Kriging model, and an optimization algorithm called the progressive quadratic response surface method (PQRSM).
Navarra, Giacomo;Iacono, Francesco Lo;Oliva, Maria;Esposito, Antonio
Advances in aircraft and spacecraft science
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제7권5호
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pp.405-423
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2020
Non-linear energy sink (NES) is an emerging passive absorber able to mitigate the dynamic response of structures without any external energy supply, resonating with all the modes of the primary structure to control. However, its inherent non-linearities hinder its large-scale use and leads to complicated design procedures. For this purpose, an approximate design approach is herein proposed in a stochastic framework. Since loads are random in nature, the stochastic analysis of non-linear systems may be performed by means of computational intensive techniques such as Monte Carlo simulations (MCS). Alternatively, the Stochastic Linearisation (SL) technique has proven to be an effective tool to investigate the performance of different passive control systems under random loads. Since controlled systems are generally non-classically damped and most of SL algorithms operate recursively, the computational burden required is still large for those problems that make intensive use of SL technique, as optimal design procedures. Herein, a procedure to speed up the Stochastic Linearisation technique is proposed by avoiding or strongly reducing numerical evaluations of response statistics. The ability of the proposed procedure to effectively reduce the computational effort and to reliably design the NES is showed through an application on a well-known case study related to the vibrations mitigation of an aircraft wing.
In this paper elastic-plastic large deflection analysis of ship structural members, plates, stiffened plates and cylindrical shallow shell, are performed by the finite element method. And for the consideration of the yielded propagation through the depth of the member, the layered element approach is employed. The present method is justified by comparing its results with those of experiment and others. As results, the nonlinear behavior and the ultimate strength curves are shown, which can be used in the design of the plates and the stiffened plates under compression, and the applicability to the shell structures is suggested. The analysis results are as followings. (1) The results of the approximate equations as well as those of buckling analysis may not guarantee precisely the safety of the structures in some cases and the optimum in other cases. Therefore they may not show the design criteria for the optimal design. (2) As the initial deflection increases, its effects on the ultimate strength of the structure generally increases, and the ultimate load, therefore, decreases. (3) This approach can be applied to the shell type structures. (4) The present method can be applied to the various structures composed of plate and beam members, for example, plates with hole and the stiffened plates with hole stiffened by spigot, doubler and/or stiffener, for the optimal design.
Taguchi defined a good quality as 'A correspondence of product characteristic's expected value to the objective value satisfying the minimum variance condition.' For his good quality, he suggested Taguchi Method which is called Robust design which is irrelevant to the effect of these noise factors. Taguchi Method which has many success examples and which is used by many manufacturing industry. But Optimal solution of Taguchi Method is one among the experiments which is not optimal area of experiment point. On the other hand, Response Surface Method (RSM) which has advantage to find optimal solution area experiments points by approximate polynomial regression. But Optimal of RSM is depended on initial point and RSM can not use many factors because of a great many experiment. In this paper, we combine the Taguchi Method and the Response Surface Method with each advantage which is called Taguchi-RSM. Taguchi-RSM has two step, first step to find first solution by Taguchi Method, second step to find optimal solution by RSM with initial point as first step solution. We give example using catapults.
This paper proposes an optimal trajectory generation method for biped robots for walking up-and-down stairs using a Real-Coded Genetic Algorithm (RCGA). The RCGA is most effective in minimizing the total consumption energy of a multi-dof biped robot. Each joint angle trajectory is defined as a 4-th order polynomial of which the coefficients are chromosomes or design variables to approximate the walking gait. Constraints are divided into equalities and inequalities. First, equality constraints consist of initial conditions and repeatability conditions with respect to each joint angle and angular velocity at the start and end of a stride period. Next, inequality constraints include collision prevention conditions of a swing leg, singular prevention conditions, and stability conditions. The effectiveness of the proposed optimal trajectory is shown in computer simulations with a 6-dof biped robot model that consists of seven links in the sagittal plane. The optimal trajectory is more efficient than that generated by the Modified Gravity-Compensated Inverted Pendulum Mode (MGCIPM). And various trajectories generated by the proposed GA method are analyzed from the viewpoint of the consumption energy: walking on even ground, ascending stairs, and descending stairs.
A new and efficient method for estimating the statistical moments of a system performance function has been developed. The method consists of two steps: (1) An approximate response surface is generated by a quadratic regression model, and (2) the statistical moments of the regression model are then calculated by experimental design techniques proposed by Seo and $Kwak^{(4)}$. In this approach, the size of experimental region affects the accuracy of the statistical moments. Therefore, the region size should be selected suitably. The D-optimal design and the central composite design are adopted over the selected experimental region for the regression model. Finally, the Pearson system is adopted to decide the distribution type of the system performance function and to analyze structural reliability.
This paper presents the pillar section optimization technique considering the reliability of the vehicle body structure consisted of complicated thin-walled panels. The response surface method is utilized to obtain the response surface models that describe the approximate performance functions representing the system characteristics on the section properties of the pillar and on the mass and the natural frequencies of the vehicle B.I.W. The reliability-based design optimization on the pillar sections Is performed and compared with the conventional deterministic optimization. The FORM is applied for the reliability analysis of the vehicle body structure. The developed optimization system is applied to the pillar section design considering the fundamental natural frequencies of passenger car body structure. By applying the proposed RBDO technique, it can be possible to optimize the pillar sections considering the reliability that engineers require.
A lens system of a camera module for mobile phones is comprised of the composition and design of various shapes of lens. To improve responses such as the modular transfer function (MTF), a lens system should always be constructed by considering uncertainty that can be caused by manufacturing and assembly error. In this study, tolerance optimization using the Latin Hypercube Sampling (LHS) technique is performed. In order to reduce the computational burden of the tolerance optimization process and decrease the influence from numerical noise effectively, we use the Progressive Quadratic Response Surface Modeling (PQRSM), which is one of Sequential Approximate Optimization (SAO) techniques. Using this method, we achieved optimal tolerance for each lens and obtained reliability for satisfying user‘s requirements. In addition, through the design process the manufacturing and assembly cost of a lens system was reduced.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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