In this study, three-dimensional incompressible viscous flow analysis and optimization using response surface method are presented for the design of a jet fan. Steady, incompressible, three-dimensional Reynolds averaged Wavier-Stokes equations are used as governing equations, and standard k-$\epsilon$ turbulence model is chosen as a turbulence model. Governing equations are discretized using finite volume method. Sweep angles and maximum thickness of blade are used as design variables for the shape optimization of the impeller in response surface method. The experimental points which are needed to construct response surface are obtained from the D-optimal design and Full Factorial design and relations between design variables and response surface are examined.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.28
no.4
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pp.482-489
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2011
In practical design process, designer needs to find an optimal solution by using full factorial discrete combination, rather than by using optimization algorithm considering continuous design variables. So, ANOVA(Analysis of Variance) based on an orthogonal array, i.e. Taguchi method, has been widely used in most parts of industry area. However, the Taguchi method is limited for the shape optimization by using CAE, because the multi-level and multi-objective optimization can't be carried out simultaneously. In this study, a combined method was proposed taking into account of multi-level computational orthogonal array and TOPSIS(Technique for Order preference by Similarity to Ideal Solution), which is known as a classical method of multiple attribute decision making and enables to solve various decision making or selection problems in an aspect of multi-objective optimization. The proposed method was applied to a case study of the multi-level shape optimization of lower arm used to automobile parts, and the design space was explored via an efficient application of the related CAE tools. The multi-level shape optimization was performed sequentially by applying both of the neural network model generated from seven-level four-factor computational orthogonal array and the TOPSIS. The weight and maximum stress of the lower arm, as the objective functions for the multi-level shape optimization, showed an improvement of 0.07% and 17.89%, respectively. In addition, the number of CAE carried out for the shape optimization was only 55 times in comparison to full factorial method necessary to 2,401 times.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.5
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pp.551-556
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2007
High pressure storage of the agent gas in fire suppression system was composed of tank, main valve and safety valve, which prevents the fracture of the high pressure storage. The safety valve has circular thin plate as fracture plate that was destroyed over fracture pressure. When inner pressure of the storage is reached the fracture pressure, the safety valve discharges gas and degrades simultaneously the inner pressure of the storage. There are design variables such as flow path diameter, inner diameter of the plastic packing ring, thickness of plate and fillet radius. In this variables, thickness of plate is set to be a value of 0.2mm. The main effect of variables on the inner pressure, has been decided using factorial design and statistical analysis. Therefore, the relation of variables are expressed by regression equation. It is disclosed results that the difference of fracture pressures between the equation and experiment has $2{\sim}5%$. Finally, using response surface method, the optimal design of the safety valve could be decided with safety pressure of 25MPa, where the fracture occurs on circular thin plate.
KIEE International Transaction on Electrical Machinery and Energy Conversion Systems
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v.3B
no.2
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pp.84-89
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2003
The finite element method (FEM) is typically used in the process of motor design. However, the FEM requires computation time, Therefore, decreasing the number of FEM simulations may also decrease the simulation cost. Several optimal design methods overcoming this problem have been recently studied. This paper investigates the optimal design of the magnet pole of a BLDC motor through reducing simulation cost. The optimization minimizes the magnet volume and limits the average and cogging torques to certain values. In this paper, the response surface methodology and Taguchi's table for reducing the number of FEM simulations are used to approximate two constraints. The optimization result shows that the presented strategy is satisfactorily performed.
In this work, alkyl methacrylate-based microgels were synthesized by an experimental design method, and their sebum absorption characteristics were investigated. The results of fractional factorial experimentation indicated that the cross-linking agent content, solvent content, and stirring speed were the main parameters in the synthesis of the microgels. The suitable synthesis conditions were determined by the response surface design method. Through a study of the monomer and solvent effects, it was confirmed that the microgel shows the highest sebum absorption ratio when t-butyl methacrylate is used as a monomer or when acetone is used as a solvent. The optimal microgel synthesis conditions for cosmetic application were determined, and the resulting microgel had a mean particle size of 4.7 μm and a sebum absorption ratio of 435%.
The most difficult and time-intensive issue in the successful implementation of genetic algorithms is to find good parameter setting, one of the most popular subjects of current research in genetic algorithms. In this study, we present a new efficient experimental design method for parameter optimization in a genetic algorithm for general job shop scheduling problem using the Taguchi method. Four genetic parameters including the population size, the crossover rate, the mutation rate, and the stopping condition are treated as design factors. For the performance characteristic, makespan is adopted. The number of jobs, the number of operations required to be processed in each job, and the number of machines are considered as noise factors in generating various job shop environments. A robust design experiment with inner and outer orthogonal arrays is conducted by computer simulation, and the optimal parameter setting is presented which consists of a combination of the level of each design factor. The validity of the optimal parameter setting is investigated by comparing its SN ratios with those obtained by an experiment with full factorial designs.
A numerical procedure for optimizing the shape of three-dimensional sedimentation tank is presented to maximize its sedimentation efficiency. The response surface based optimization is used as an optimization technique with Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis for multi-phase flow. Standard $k-{\epsilon}$ model is used as a turbulence closure. Three design variables such as, tank height to center feed wall diameter ratio, blockage ratio of center feed wall and angle of distributor are chosen as design variables. Sedimentation efficiency is defined as an objective function. Full-factorial method is used to determine the training points as a means of design of experiment. Sensitivity of each design variable on the objective function has been evaluated. And, optimal values of the design variables have been obtained.
Welding is very popular method for joining two or more metals. In this paper, the three-way factorial design was adopted for obtaining the optimum friction stir welding conditions of Al 5052 alloy. Tools of shoulder diameter of 9, 12, 15 mm and pin length of 1.5 mm were used. Also the material's dimension for welding was $100{\times}100{\times}2mm$, and the tensile specimens were worked by water-jet technique. Welding variables were shoulder diameter, rotating speed of tool and welding speed. As far as this work is concerned, optimum condition for friction stir joint of Al 5052 alloy was predicted as the shoulder diameter of 15 mm, welding speed of 500mm/min and rotating speed of 1000 rpm. In addition, the presumed range of tensile strength under the optimal conditions is estimated to be $208.3{\pm}5.7$ MPa with 99% reliability.
Fiber-reinforced cementitious composites (FRCC) have emerged as a response to the calls for strong, ductile and sustainable concrete mixes. FRCC has shown outstanding mechanical properties and ductility where special fibres are used in the mixes to give it the strength and the ability to exhibit strain hardening. With the possibility of designing the FRCC mixes to include sustainable constituents and by-products materials such as fly ash, FRCC started to emerge as a green alternative as well. To be able to design mixes that achieve these conflicting properties in concrete, there is a need to understand the composition effect on FRCC and optimize these compositions. Therefore, this paper aims to investigate the influence of FRCC compositions on the properties of fresh and hardened of FRCC and then to optimize these mix compositions using factorial design approach. Three factors, water-to-binder ratio (w/b), mineral admixtures (total of fly ash and metakaolin by cement content (MAR)), and metakaolin content (MK), were investigated to determine their effects on the properties of fresh and hardened FRCC. The results show the importance of combining both FA and MK in obtaining a satisfactory fresh and mechanical properties of FRCC. Models were suggested to elucidate the role of the studied factors and a method for optimization was proposed.
Statistical optimization of the production medium was carried out in order to find an optimal medium composition in itaconic acid fermentation process. Itaconic acid utilized in the manufacture of various synthetic resins is a dicarboxylic acid biosynthesized by fungal cells of Aspergillus terreus in a branch of the TCA cycle via decarboxylation of cis-aconitate. Through OFAT (one factor at a time) experiments, six components (glucose, fructose, sucrose, soluble starch, soybean meal and cottonseed flour) were found to have significant effects on itaconic production among various carbon- and nitrogen-sources. Hence, using these six factors, interactive effects were investigated via fractional factorial design, showing that the initial concentrations of sucrose and cottonseed flour should be high for enhanced production of itaconic acid. Furthermore, through full factorial design (FFD) experiments, negative effects of $KH_2PO_4$ and $MgSO_4$ on itaconic acid biosynthesis were demonstrated, when excess amounts of the each component were initially added. Based on the FFD analysis, further statistical experiments were conducted along the steepest ascent path, followed by response surface method (RSM) in order to obtain optimal concentrations of the constituent nutrients. As a result, optimized concentrations of sucrose and cottonseed flour were found to be 90.4g/L and 53.8g/L respectively, with the corresponding production level of itaconic acid to be 4.36 g/L (about 7 fold higher productivity as compared to the previous production medium). From these experimental results, it was assumed that optimum ratio of the constituent carbon (sucrose) and nitrogen (cottonseed flour) sources was one of the most important factors for the enhanced production of itaconic acid.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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