To obtain weight reduction and high performance, level set based topology optimization in magnetic fields is promising for the design of magnetic devices where the precise boundary shape and topological chanages are required. Level set function is introduced to represent ferromagnetic material boundaries and material properties of the magnetic reluctivity are determined. The optimization problem is formulated for maximizing the actuating force in a prescribed direction under limited usage of ferromagnetic material.
A numerical method is presented for computing unsteady incompressible two-phase flows with immersed solids. The method is based on a level set technique for capturing the phase interface, which is modified to satisfy a contact angle condition at the solid-fluid interface as well as to achieve mass conservation during the whole calculation procedure. The modified level set method is applied for numerical simulation of bubble deformation in a micro channel with a cylindrical solid block and liquid jet from a micro nozzle.
We apply a partitioned-solution (iterative-staggered) coupling method based on a fixed Eulerian mesh with the level set function to a large-deformation fluid-structure interaction (FSI) problem where a large-deformable thin structure moves in a high-speed flow field, as an airbag does during deployment. This method combines advanced fluid and structure solvers-specifically, the constrained interpolation profile finite element method (CIP-FEM) for fluid Eulerian mesh and large-deformable structural elements for Lagrangian structural mesh. We express the large-deformable interface as a zero isosurface by the level set function, and introduce virtual nodes with level sets and structural normal velocities to generate the level set function according to the large-deformable interfacial geometry and enforce the kinematic condition at the interface. The virtual nodes are located in the direction normal to the structural mesh. It is confirmed that application of the method to unfolded airbag deployment simulation shows the adequacy of the method.
KIPS Transactions on Software and Data Engineering
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v.3
no.5
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pp.195-200
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2014
Typical methods of active contour model for object contour extraction are snake and level. Snake is usually faster than level set, but has limitation to compute topology of objects. Level set on the other hand is slower but good at it. In this paper, a new object contour extraction algorithm to use advantage of each is proposed. The algorithm is composed of two main steps. In the first step, snake is used to extract the rough contour and then in the second step, level set is applied to extract the complex contour exactly. 5 binary images and 2 natural images with different contours are simulated by a proposed algorithm. It is shown that speed is reduced and contour is better extracted.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2008.04a
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pp.391-396
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2008
A level set based topological shape optimization using extended B-spline basis functions is developed for steady state heat conduction problems. The only inside of complicated domain is identified by the level set functions and taken into account in computation. The solution of Hamilton-Jacobi equation leads to an optimal shape according to the normal velocity field determined from the sensitivity analysis, minimizing a thermal compliance while satisfying a volume constraint. To obtain exact shape sensitivity, the precise normal and curvature of geometry need to be determined using the level set and B-spline basis functions. The nucleation of holes is possible whenever and wherever necessary during the optimization using a topological derivative concept.
We present a new interface tracking method for computing two-phase flow. This method is based on VOF method coupled with Level set method. The method is verified to calculate an interfacial curvature accurately as well as to achieve volume conservation during the whole computation period. We apply the present method to calculate a falling drop. The calculated shape and terminal velocity of the falling drop showed good agreement with the data reported in the literature. Also, the present method was proven to be applicable to drop-wall collision phenomenon.
The effect of the Dirichlet boundary condition for the redistance equation of level set method on the solutionof sloshing problem is investigated by adopting four Dirichlet boundary conditions. For the solution of the incompressible Navier-Stokes equations, P1P1 four-step fractional finite element method is employed and a least-square finite element method is used for the solutions of the two hyperbolic type equations of level set method; advection and redistance equation. ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian) method is used to deal with a moving computational domain. It has been shown that the free surface motion in a sloshing tank is strongly dependent on the type of the Dirichlet boundary condition and the results of broken dam and sloshing problems using various Dirichlet boundary conditions are discussed and compared with the existing experimental results.
A LS(Level Set) formulation is developed for computing two-phase flows on non- orthogonal meshes. Compared with the VOF(Volume-of-Fluid) method based on a non-smooth volume-fraction function, the LS method can calculate an interfacial curvature more accurately by using a smooth distance function. Also, it is quite straightforward to implement for 3-D irregular meshes compared with the VOF method requiring much more complicated geometric calculations. The LS formulation is implemented into a general purpose program for 3-D flows and verified through several test problems.
Kim, Young-Sun;Choi, Hong-Soon;Park, Il-Han;Lee, Ki-Sik
Proceedings of the KIEE Conference
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2008.07a
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pp.623-624
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2008
We present a level set method for numerical shape optimization of electromagnetic systems. The level set method does not only lead to efficient computational schemes, but also is able to handle topological changes such as merging, splitting and even disappearing of connected components. The velocity field on boundaries is obtained by a shape derivative of continuum sensitivity analysis using the material derivative concept and an adjoint variable technique. Two numerical results of dielectric optimization between electrodes showed that the level set method is feasible and effective in solving shape optimization problems of electromagnetic systems.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.27
no.6
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pp.744-752
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2003
A level set method is combined with the volume-of-fluid method so that the coupled method can not only calculate an interfacial curvature accurately but also can achieve mass conservation well. The coupled level set and volume-of-fluid(CLSVOF) method is efficiently implemented by employing an interface reconstruction algorithm which is based on the explicit relationship between the interface configuration and the fluid volume function. The CLSVOF method is applied for numerical simulation of droplet impact on solid surfaces with variable contact angles. The numerical results are found to preserve mass conservation and to be in good agreement with the data reported in the literature. Also, the present method proved to be applicable to the complex phenomena such as breakup and rebound of a droplet.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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