A reliability analysis and design procedure based on the design of experiment (DOE) is combined with the response surface method (RSM) for numerical efficiency. The procedure established is based on a 3$^n$ full factorial DOE for numerical quadrature using explicit formula of optimum levels and weights derived for general distributions. The full factorial moment method (FFMM) shows good performance in terms of accuracy and ability to treat non-normally distributed random variables. But, the FFMM becomes very inefficient because the number of function evaluation required increases exponentially as the number of random variables considered increases. To enhance the efficiency, the response surface moment method (RSMM) is proposed. In RSMM, experiments only with high probability are conducted and the rest of data are complemented by a quadratic response surface approximation without mixed terms. The response surface is updated by conducting experiments one by one until the value of failure probability is converged. It is calculated using the Pearson system and the four statistical moments obtained from the experimental data. A measure for checking the relative importance of an experimental point is proposed and named as influence index. During the update of response surface, mixed terms can be added into the formulation.
A liner is a crucial component that directly affects the penetration performance of the shaped charge warhead. If the material of the liner has fine grain size and high strength, then the penetration performance can be further improved. There have been attempts to use a preform obtained by a severe plastic deformation (SPD) process. In this study, the process of minimizing the strain deviation to maintain the characteristics of material obtained by the severe plastic deformation process was investigated. The FE analysis of liner forging process was performed using the design of experiments (DOE), to optimize various shape parameters of the forming process such as shape of preform and forging die. As a result, the combination of design variables with the minimum effective strain deviation in the liner forging process were obtained.
This paper presents a numerical study on the overall performance and local flow characteristics of the sirocco fan. The effects of impeller and volute shape distribution on the performance of the sirocco fan were numerically studied using a commercial CFD code and a DOE (design of experiments) software. At present, our attention was focused on the relation of the results of DOE and the performance of the sirocco fan. As a main result of the optimization, the performance of the sirocco fan was successfully improved. Also, detailed effects of geometric parameter of impeller and volute in the sirocco fan were discussed.
The starter motor noise is usually well identified by the customers since it is operated while the engine is quiet, and leaves distinct impressions of the vehicle. In this study the design of experiments(DOE) was applied to the identification of the noise sources of direct drive starter motor since this process usually requires lengthy analysis and elaborate experiments. In the first stage of the test, five controllable factors(alignment and dynamic unbalance of armature, tightening torques of T/bolt and center bracket bolt, and alignment of the center bracket-yoke-rear bracket), excluding static unbalance, are sorted out of all possible factors. Test results showed that the dynamic unbalance and misalignment of armature are the major factors. However, the error level of the first test was relatively high, indicating that there might be some missing major factors. In the second stage test the results showed that both static and dynamic unbalances are the dominant factors contributing to more than 80% of the overall noise, while the misalignment contributes around 12%. Error of the second test was about 4% that could be considered satisfactory. The noise level of the optimal product was predicted to be reduced by 19dBA, and verification test showed the average noise reduction of 16.8dBA with the standard deviation of 3.2dBA, and proved the usefulness of the whole DOE process.
Kim, Sung;Choi, Young-Seok;Lee, Kyoung-Yong;Kim, Jun-Ho
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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제4권1호
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pp.14-24
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2011
In this paper, design optimization for mixed-flow pump impellers and diffusers has been studied using a commercial computational fluid dynamics (CFD) code and DOE (design of experiments). We also discussed how to improve the performance of the mixed-flow pump by designing the impeller and diffuser. Geometric design variables were defined by the vane plane development, which indicates the blade-angle distributions and length of the impeller and diffusers. The vane plane development was controlled using the blade-angle in a fixed meridional shape. First, the design optimization of the defined impeller geometric variables was achieved, and then the flow characteristics were analyzed in the point of incidence angle at the diffuser leading edge for the optimized impeller. Next, design optimizations of the defined diffuser shape variables were performed. The importance of the geometric design variables was analyzed using $2^k$ factorial designs, and the design optimization of the geometric variables was determined using the response surface method (RSM). The objective functions were defined as the total head and the total efficiency at the design flow rate. Based on the comparison of CFD results between the optimized pump and base design models, the reason for the performance improvement was discussed.
This work is concerning a methodology of Ni-base superalloy development for a very high temperature gas-cooled reactor(VHTR) using design of experiments(DOE) and thermodynamic calculations. Total 32 sets of the Ni-base superalloys with various chemical compositions were formulated based on a fractional factorial design of DOE, and the thermodynamic stability of topologically close-packed(TCP) phases of those alloys was calculated by using the THERMO-CALC software. From the statistical evaluation of the effect of the chemical composition on the formation of TCP phase up to a temperature of 950 oC, which should be suppressed for prolonged service life when it used as the structural components of VHTR, 16 sets were selected for further calculation of the mechanical properties. Considering the yield and ultimate tensile strengths of the selected alloys estimated by using the JMATPRO software, the optimized chemical composition of the alloys for VHTR application, especially intermediate heat exchanger, was proposed for a succeeding experimental study.
The increase of consumer needs for quality metal cutting related products with more precise tolerances and better product surface roughness has driven the metal cutting industry to continuously improve quality control of metal cutting processes. In this paper, two different approaches are discussed. First, design of experiments (DOE) is used to determine the significant factors and then fuzzy logic approach is presented for the prediction of surface roughness. The data used for the training and checking the fuzzy logic performance is derived from the experiments conducted on a CNC milling machine. In order to obtain better surface roughness, the proper sets of cutting parameters are determined before the process takes place. The factors considered for DOE in the experiment were the depth of cut, feed rate per tooth, cutting speed, tool nose radius, the use of cutting fluid and the three components of the cutting force. Finally the significant factors were used as input factors for fuzzy logic mechanism and surface roughness is predicted with empirical formula developed. Test results show good agreement between the actual process output and the predicted surface roughness.
Chemical reduction using catalysts and NaBH4 presents a promising approach for reducing 4-nitrophenol contamination while generating valuable byproducts. Covalent organic frameworks (COFs) emerge as a versatile platform for supporting catalysts due to their unique properties, such as high surface area and tunable pore structures. This study employs design of experiments (DOE) to systematically optimize the synthesis of Cu embedded COF (Cu/COF) catalysts for the reduction of 4-nitrophenol. Through a series of experimental designs, including definitive screening, mixture method, and central composition design, the main synthesis parameters influencing Cu/COF formation are identified and optimized: MEL:TPA:DMSO = 0.31:0.36:0.33. Furthermore, the optimal synthesis temperature and time were predicted to be 195 ℃ and 14.7 h. Statistical analyses reveal significant factors affecting Cu/COF synthesis, facilitating the development of tailored nanostructures with enhanced catalytic performance. The catalytic efficacy of the optimized Cu/COF materials is evaluated in the reduction of 4-nitrophenol, demonstrating promising results in line with the predictions from DOE.
Nano-sized cobalt powder was fabricated by wet chemical reduction method at room temperature. The effects of various experimental variables on the overall properties of fabricated nano-sized cobalt powders have been investigated in detail, and amount of NaOH and reducing agent and dropping speed of reducing agent have been properly selected as experimental variables in the present research. Minitab program which could find optimized conditions was adopted as a statistic analysis. 3D Scatter-Plot and DOE (Design of Experiments) conditions for synthesis of nano-sized cobalt powder were well developed using Box-Behnken DOE method. Based on the results of the DOE process, reproducibility test were performed for nano-sized cobalt powder. Spherical nano-sized cobalt powders with an average size of 70-100 nm were successfully developed and crystalline peaks for the HCP and FCC structure were observed without second phase such as $Co(OH)_2$.
The reliability analysis for nonnormal distributions using the three level DOE(design of experiments) method was developed by Seo and Kwak in 2002. Although this method estimates only up to the first four moments(mean, standard deviation, skewness, and kurtosis) of the system response function, the result and the type of probability distribution determined by using the Pearson system are shown very good. However the accuracy is low in case of nonlinear performance function and sometimes, the level calculated is outside of the region in which the random variable is defined. In this article we suggest a modified three level DOE method to overcome these weaknesses and to obtain optimum choice for 3 levels and weights to handle nonnormal distributions. Furthermore we extend it to finding the optimum choice for 5 levels and weights to increase the accuracy in case of nonlinear performance function. A systematic procedure for reliability analysis is then proposed by using the Pearson system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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