• 제목/요약/키워드: Element-Based Shape Optimization

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초전도 전자석의 저장에너지 최대화를 위한 최적설계 (Design Optimization of Superconducting Magnet for Maximum Energy Storage)

  • 김창욱;이향범;박일한
    • 대한전기학회:학술대회논문집
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    • 대한전기학회 1999년도 하계학술대회 논문집 A
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    • pp.253-255
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    • 1999
  • In this paper, a shape optimization algorithm of superconducting magnet using finite element method is presented. Since the superconductor loses its superconductivity over the critical magnetic field and critical current density, this material property should be taken into account in the design process. Trial and error approach of repeating the change of the design variables costs much time and it sometimes does not guarantee an optimal design. This paper presents a systematic and efficient design algorithm for the superconducting magnet. We employ the sensitivity analysis based on finite element formulation. As for optimization algorithm, the inequality constraint for the superconducting state is removed by modifying the objective function and the nonlinear equality constraint of constant volume is satisfied by the gradient projection method. This design algorithm is applied to an optimal design problem of a solenoid air-cored superconducting magnet that has a design objective of the maximum energy storage.

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구조물 형상최적화를 위한 근사해석법에 관한 연구 (An Approximation Method for Configuration Optimization of Structures)

  • 장동진;한상훈
    • 대한토목학회논문집
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    • 제10권3호
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    • pp.7-17
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    • 1990
  • 본 연구에서는 트러스구조와 아치구조의 부재단면적 및 기하형상을 동시에 최적화하는 효율적인 근사화 방법을 제안하고자 한다. 설계과정 중, 트러스구조에 대해서는 응력제약조건 및 좌굴응력제약조건을 만족하도록 하고, 아치구조에 대해서는 조합응력 제약조건을 만족하도록 하였다. 최적화에 필요한 구조해석의 수를 줄이기 위해 Force Approximation Method를 사용하였다. 초기치에 대한 유한요소해석이 수행된 다음 설계변수인 부재단면적과 절점좌표들에 대한 부재단면력들의 경사를 계산하였고, 그 경사정보를 이용 부재단면력들의 1차 Taylor급수 전개에 근거를 둔 근사구조 해석을 형성하였다. 이동한계법을 적용하였으며, 근사구조해석으로 부터 얻어진 정보에 의해 구조물의 체적을 최소화 하였다. 형상최적화를 위한 제안된 본 방법의 효율성과 신뢰성을 보이기 위해 수치예를 들어 다른 방법들에 의한 결과와 비교하였다. 그 결과 구조해석의 수를 크게 감소시킬 수 있었으며, 구조물 형상최적화에 매우 효율적으로 적용될 수 있음을 알게 되었다.

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근접장 광기록용 서스펜션의 최적설계 (Optimal Design of a Near-field Optical Recording Suspension)

  • 조태민;임경화
    • 한국소음진동공학회논문집
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    • 제14권4호
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    • pp.295-302
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    • 2004
  • In this study the optimization of a NFR suspension is performed using finite element method and experimental modal analysis. NFR suspensions are required to have low compliance modes to allow the slider to comply with the rotating disk, and high tracking stiffness modes to maximize the servo bandwidth of the tracking controller First of all, the dual suspension model is designed based on the characteristics of NFR drives. And the parametric study on the sensitivities of compliance modes and tracking stiffness modes is investigated. Finally, the model satisfying static characteristics is selected and shape optimization is performed to improve dynamic characteristics. A prototype of a NFR suspension is made by etching and modal ekperiment in free state is performed. The results of experiment almost agree with those of finite element method.

변형률 경화를 고려한 정상상태 소성가공 공정의 공정 최적설계 (Process Optimal Design in Steady-State Meta Forming considering Strain-Hardening)

  • 황숭무
    • 한국소성가공학회:학술대회논문집
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    • 한국소성가공학회 2000년도 춘계학술대회논문집
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    • pp.40-43
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    • 2000
  • A process optimal design methodology applicable to steady-state forming with a strain-hardening material is presented. in this approach the optimal design problem is formulated on the basis of a rigid-viscoplastic finite element process model and a derivative based approach is adopted as an optimization technique The process model the schemes for the evaluation of the design sensitivity considering the effect of strain-hardening and an iterative procedure for design optimization are described. the validity of the proposed approach is demonstrated through application to die shape optimal design in extrusion.

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순차적 실험계획법을 적용한 다층관 벨로우즈 형상 최적설계 (Shape Optimization of Multilayer Bellows by Using Sequential Experimental Design)

  • 오상균;이광기;서창희;정윤철;김영석
    • 대한기계학회논문집A
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    • 제35권9호
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    • pp.1007-1013
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    • 2011
  • 상용차용 다층관 벨로우즈는 우수한 유연성과 내구성이 요구되므로 단층으로 제조되는 승용차용 벨로우즈와는 다르게 다층의 형태로 제작된다. 단층 벨로우즈의 유한요소해석과 최적화에 대한 연구는 활발히 진행되고 있으나, 층과 층사이에 갭이 존재하는 다층형 벨로우즈의 유한요소해석과 최적화 연구는 미진하다. 따라서 본 연구에서는 해석의 신뢰성 향상을 위해 다층형 벨로우즈에 적합한 유한요소 모델을 제시하였으며, 다층관 벨로우즈의 형상 최적화를 위해 실험계획법과 D-Optimal 방법에 기반을 둔 순차적 실험계획에 의한 크리깅 메타모델을 적용하였다.

차량용 서스펜디드 페달 구조체의 피로 내구 분석 및 설계 개선 (Fatigue and Robust Analysis for Improving the Suspended Pedal of Vehicles)

  • 이우형;황범철;김철;배원병
    • 한국정밀공학회지
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    • 제26권7호
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    • pp.105-111
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    • 2009
  • This study was carried out to evaluate structural stability of the suspended plastic pedal used in vehicles and to predict its fatigue life with the results obtained from finite element analysis. And also shape optimization was performed to reduce its weight. Structural analysis of the suspended plastic pedal was based on the evaluation tests such as static test, stiffness test, and fatigue test in the actual field, which were frequently carried out in the companies manufacturing plastic pedals. The evaluation for the plastic pedal was carried out by structural and fatigue analyses using a commercial FEA program and according to it, maximum stress and strain and fatigue life of the pedal satisfied all the requirements in the evaluation tests. The results of structural analysis of the suspended plastic pedal were used in the fatigue analysis. Fatigue test was performed to verify validity of the theoretical fatigue life of the plastic pedal. And the life by theoretical calculation was in good agreement with that by the experiment. Object function for optimizing shape of the plastic pedal is its volume, and total volume of the plastic pedal was reduced to about 11.7% through shape optimization.

열교환법에서 도가니 형상 변화가 사파이어 결정 온도와 고/액 계면 형태에 미치는 영향 (Effects of the crucible shape on the temperature of sapphire crystal and the shape of melt/crystal interface in heat exchanger method)

  • 임수진;왕종회;임종인
    • 한국결정성장학회지
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    • 제14권4호
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    • pp.155-159
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    • 2004
  • 열교환법을 활용한 사파이어 단결정 성장 공정에서 도가니 형상 변화가 결정 온도와 고/액 계면 형태에 미치는 영향에 관해 고찰하기 위해 유한요소법, implicit Euler법, frontal 해석 연산을 활용한 수치해석을 수행하였다. 개발된 컴퓨터 시뮬레이션 기법은 고/액 계면의 형상이 반구 형상에서 평면 형상으로 전환되는 열전달 현상 해석에 효율적이다. 본 연구에서는 고/액 계면의 휨도를 개선하기 위해, 도가니 밑면의 다양한 형상을 고려하였으며, 도가니 형상은 공정 최적화 변수로 고려되어야 한다.

Passive shape control of force-induced harmonic lateral vibrations for laminated piezoelastic Bernoulli-Euler beams-theory and practical relevance

  • Schoeftner, J.;Irschik, H.
    • Smart Structures and Systems
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    • 제7권5호
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    • pp.417-432
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    • 2011
  • The present paper is devoted to vibration canceling and shape control of piezoelastic slender beams. Taking into account the presence of electric networks, an extended electromechanically coupled Bernoulli-Euler beam theory for passive piezoelectric composite structures is shortly introduced in the first part of our contribution. The second part of the paper deals with the concept of passive shape control of beams using shaped piezoelectric layers and tuned inductive networks. It is shown that an impedance matching and a shaping condition must be fulfilled in order to perfectly cancel vibrations due to an arbitrary harmonic load for a specific frequency. As a main result of the present paper, the correctness of the theory of passive shape control is demonstrated for a harmonically excited piezoelelastic cantilever by a finite element calculation based on one-dimensional Bernoulli-Euler beam elements, as well as by the commercial finite element code of ANSYS using three-dimensional solid elements. Finally, an outlook for the practical importance of the passive shape control concept is given: It is shown that harmonic vibrations of a beam with properly shaped layers according to the presented passive shape control theory, which are attached to an resistor-inductive circuit (RL-circuit), can be significantly reduced over a large frequency range compared to a beam with uniformly distributed piezoelectric layers.

복합소재의 연속 두께 변화를 통한 좌굴온도 및 모드형상 최적화 (Optimization to Control Buckling Temperature and Mode Shape through Continuous Thickness Variation of Composite Material)

  • 이강국;이후민;윤길호
    • 한국전산구조공학회논문집
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    • 제34권6호
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    • pp.347-353
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    • 2021
  • 본 논문에서는 구조물의 좌굴 온도와 좌굴 형상을 제어하는 새로운 크기 최적화 방법에 대해서 소개한다. 구조적 안정성 관점에서 구조물의 좌굴 온도와 좌굴 형상을 예측하는 것은 중요한 주제 중 하나이다. 이를 공학적인 직관을 통해 예측하고 최적화된 구조 설계를 하는 것은 너무나 어려운 과제이다. 이러한 한계점을 해결하기 위해 본 연구에서는 유한요소 시뮬레이션과 치수 최적 설계 방식의 조합을 제안한다. 구조물의 좌굴 온도와 좌굴 형상이 구조물의 두께에 영향을 받는다는 생각에서 착안해 설계 변수를 구조물의 노드의 두께 값으로 설정했다. 좌굴 온도 값과 좌굴 형상을 목적 함수로 정해진 부피 값을 제약 조건으로 두었다. 치수 최적 설계를 통해 원하는 좌굴 온도와 좌굴 형상을 유도하기 위한 최적의 두께 분포를 결정할 수 있다. 제안된 치수 최적 설계의 타당성은 본 논문의 다양한 직사각형 복합 구조물 예제들을 사용해서 검증하였다.

유연 외팔보의 위치제어 성능향상을 위한 형상 및 제어기 통합설계 (Integrated Structure and Controller Design of Single-Link Flexible Arm for Improving the Performance of Position Control)

  • 이민우;박장현
    • 한국정밀공학회지
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    • 제19권10호
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    • pp.120-129
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    • 2002
  • An integrated structure and controller design approach for rotating cantilever beam is presented. An optimization method is developed for improving positioning performance considering the elastic deformations during high speed rotation and adopting the beam shape and the control gains as design variables. For this end, a dynamic model is setup by the finite element method according to the shape of the beam. The mass and stiffness of the beam are distributed in such a way that the closed-loop poles of the control system should be located leftmost in the complex s-plane. For optimization method, the simulated annealing method is employed which has higher probability to find the global minimum than the gradient-based down-hill methods. Sequential design and simultaneous design methods are proposed to obtain the optimal shape and controller. Simulations are performed with new designs by the two methods to verify the effectiveness of the approach and the results show that the settling time is improved for point-to-point position controls.