Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.15
no.7
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pp.4057-4064
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2014
In this paper, attempts were made to design a preform for a final punch inexpensively using the proposed approximate optimization method or metamodel-based simulation optimization. The design objective of this work is to achieve a uniform distribution of effective strains, the angle dimension of the preformed punch is chosen as a design variable, and maximum underfill ratio is used as a constraint. For this optimization, a computer simulation of a practical punch forging process is run using DEFORM software, in which a preformed punch(workpiece), a master punch(upper die), and a bottom die are dealt with. A validation method is introduced to determine if the simulation results match the actual forging process. In addition, this work presents the detailed design optimization procedure consisting of (i) generation of an initial metamodel, (ii) metamodel optimization, (iii) validation of metamodel-predicted optimum, and (iv) metamodel improvement.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.9
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pp.892-902
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2009
An efficient sequential optimization approach for metamodel was presented by Choi et al. This paper describes a new approach of the multilevel optimization method studied in Refs. [2] and [20,21]. The basic idea is concerned with multilevel iterative methods which combine a descent scheme with a hierarchy of auxiliary problems in lower dimensional subspaces. After fitting a metamodel based on an initial space filling design, this model is sequentially refined by the expected improvement criterion. The advantages of the method are that it does not require optimum sensitivities, nonlinear equality constraints are not needed, and the method is relatively easy to understand and use. As a check on effectiveness, the proposed method is applied to an engineering example.
Kim, Kang-Min;Baek, Seok-Heum;Hong, Soon-Hyeok;Cho, Seok-Swoo;Joo, Won-Sik
Proceedings of the KSME Conference
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2008.11a
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pp.1198-1203
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2008
An efficient sequential optimization approach for metamodel was presented by Choi et al [6]. This paper describes a new approach of the multilevel optimization method studied in Refs. [5] and [21-25]. The basic idea is concerned with multilevel iterative methods which combine a descent scheme with a hierarchy of auxiliary problems in lower dimensional subspaces. After fitting a metamodel based on an initial space filling design, this model is sequentially refined by the expected improvement criterion. The advantages of the method are that it does not require optimum sensitivities, nonlinear equality constraints are not needed, and the method is relatively easy to understand and use. As a check on effectiveness, the proposed method is applied to a classical cantilever beam.
In recent engineering, the designer has become more and more dependent on computer simulation. But defining exact model using computer simulation is too expensive and time consuming in the complicate systems. Thus, designers often use approximation models, which express the relation between design variables and response variables. These models are called metamodel. In this paper, we introduce one of the metamodel, named Kriging. This model employs an interpolation scheme and is developed in the fields of spatial statistics and geostatistics. This class of interpolating model has flexibility to model response data with multiple local extreme. By reason of this multi modality, we can't use any gradient-based optimization algorithm to find global extreme value of this model. Thus we have to introduce global optimization algorithm. To do this, we introduce DE(Differential Evolution). DE algorithm is developed by Ken Price and Rainer Storn, and it has recently proven to be an efficient method for optimizing real-valued multi-modal objective functions. This algorithm is similar to GA(Genetic Algorithm) in populating points, crossing over, and mutating. But it introduces vector concept in populating process. So it is very simple and easy to use. Finally, we show how we determine Kriging metamodel and find global extreme value through two mathematical examples.
In preliminary design phase, the wing geometry of the civil aircraft was determined using the empirical equation and historical data. To make wing geometry more aerodynamically efficient, an aerodynamic shape optimization was conducted. For this purpose the parametric modeling, high fidelity CFD analysis and metamodel-based optimal design technique were adopted. The parametric modeling got the design process to achieve the improvement by generating the configuration outputs easily for the major design variables. The optimal design equations were formularized as the type of the multi-objective functions considering low/high speed and lift/drag coefficient. The optimal solution was explored with the help of the kriging metamodel and the desirability function, therefore the optimal wing planform was sought to be excellent at both low and high speed region. Additionally the optimal wing planform was validated that it was excellent not only at the specific AOA, but also all over the range of AOA.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.3
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pp.381-386
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2003
Gradually engineering designers are determined based on computer simulations. Modeling of the computer simulation however is too expensive and time consuming in a complicate system. Thus, designers often use approximation models called metamodels, which represent approximately the relations between design and response variables. There arc general metamodels such as response surface model and kriging metamodel. Response surface model is easy to obtain and provides explicit function. but it is not suitable for highly nonlinear and large scaled problems. For complicate case, we may use kriging model that employs an interpolation scheme developed in the fields of spatial statistics and geostatistics. This class of into interpolating model has flexibility to model response data with multiple local extreme. In this study. metamodeling techniques are adopted to carry out the shape optimization of a funnel of Cathode Ray Tube. which finds the shape minimizing the local maximum principal stress Optimum designs using two metamodels are compared and proper metamodel is recommended based on this research.
This study proposed an improved particle swarm optimization (IPSO) method ensemble with kriging model for model updating. By introducing genetic algorithm (GA) and grouping strategy together with elite selection into standard particle optimization (PSO), the IPSO is obtained. Kriging metamodel serves for predicting the structural responses to avoid complex computation via finite element model. The combination of IPSO and kriging model shall provide more accurate searching results and obtain global optimal solution for model updating compared with the PSO, Simulate Annealing PSO (SimuAPSO), BreedPSO and PSOGA. A plane truss structure and ASCE Benchmark frame structure are adopted to verify the proposed approach. The results indicated that the hybrid of kriging model and IPSO could serve for model updating effectively and efficiently. The updating results further illustrated that IPSO can provide superior convergent solutions compared with PSO, SimuAPSO, BreedPSO and PSOGA.
Robust design technology has been applied to versatile engineering problems to ensure consistency in product performance. Since 1980s, the concept of robust design has been introduced to numerical optimization field, which is called the robust optimization. The robustness in the robust optimization is determined by a measure of insensitiveness with respect to the variation of a response. However, there are significant difficulties associated with the calculation of variations represented as its mean and variance. To overcome the current limitation, this research presents an implementation of the approximate statistical moment method based on kriging metamodel. Two sampling methods are simultaneously utilized to obtain the sequential surrogate model of a response. The statistics such as mean and variance are obtained based on the reliable kriging model and the second-order statistical approximation method. Then, the simulated annealing algorithm of global optimization methods is adopted to find the global robust optimum. The mathematical problem and the two-bar design problem are investigated to show the validity of the proposed method.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.21
no.5
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pp.8-14
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2013
In this study, we propose the method of optimally selecting material of front pillar (A-pillar) and package tray for minimizing weight while satisfying vehicle requirements on static stiffness and dynamic stiffness. First, we formulate a material selection optimization problem. Next, we establish the CAE procedure of evaluating static stiffness and dynamic stiffness. Then, to enhance the efficiency of design work, we integrate and automate the established CAE procedure using a commercial process integration and design optimization (PIDO) tool, PIAnO. For effective optimization, we adopt the approach of metamodel based approximate optimization. As a sampling method, an orthogonal array (OA) is used for selecting sampling points. The response values are evaluated at the sampling points and then these response values are used to generate a metamodel of each response using the radial basis function regression (RBFr). Using the RBFr models, optimization is carried out an evolutionary algorithm that can handle discrete design variables. Material optimization result reveals that the weight is reduced by 49.8% while satisfying all the design constraints.
Journal of Advanced Marine Engineering and Technology
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v.37
no.8
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pp.893-904
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2013
In this paper, a Kriging metamodel-based multi-objective optimization strategy in conjunction with an NSGA-II(non-dominated sorted genetic algorithm-II) has been employed to optimize the valve-plate shape of the axial piston pump utilizing 3D CFD simulations. The optimization process for minimum pressure ripple and maximum pump efficiency is composed of two steps; (1) CFD simulation of the piston pump operation with various combination of six parameters selected based on the optimization principle, and (2) applying a multi-objective optimization approach based on the NSGA-II using the CFD data set to evaluate the Pareto front. Our exploration shows that we can choose an optimal trade-off solution combination to reach a target efficiency of the axial piston pump with minimum pressure ripple.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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