In this paper, we present an optimal shape design method for a dielectric microlens which is used to focus an incoming infrared plane wave in wideband, by exploiting the finite difference time domain (FDTD) technique and the topology optimization technique. Topology optimization is a scheme to search an optimal shape by adjusting the material properties, which are design variables, within the design space. And by introducing the adjoint variable method, we can effectively calculate a derivative of the objective function with respect to the design variable. To verify the proposed method, a shape design problem of a dielectric microlens is tested when illuminated by a transverse electric (TE)-polarized infrared plane wave. In this problem, the design variable is the dielectric constant within the design space of a dielectric microlens. The design objective is to maximally focus the incoming magnetic field at a specific point in wideband.
The present paper addresses the optimal design of composite laminates with the aim of minimizing free-edge delamination stresses. A technique involving the application of particle swarm optimization (PSO) integrated with FEM was developed for the optimization. Optimization was also conducted with the zero-order method (ZOM) included in ANSYS. The semi-analytical method, which provides an approximation of the interlaminar normal stress of laminates under in-plane load, was used to partially validate the optimization results. It was found that optimal results based on ZOM are sensitive to the starting design points, and an unsuitable initial design set will lead to a result far from global solution. By contrast, the proposed method can find the global optimal solution regardless of initial designs, and the solutions were better than those obtained by ZOM in all the cases investigated.
A new approach to die shape optimal design in bimetal extrusion of rods is presented. In this approach, the design problem is formulated as a constrained optimization problem incorporated with the finite element model, and optimization of the die shape is conducted on the basis of the design sensitivities. The combinations of the core and sleeve materials.
In this study the optimization of plate-fin type heat sink with vortex generator for thermal stability is conducted numerically. To acquire the optimal design variables, the CFD and mathematical optimization are integrated. The flow and thermal fields are predicted using the finite volume method. The optimization is carried out by means of the sequential quadratic programming (SQP) method. The results show that when the temperature rise is less than 40 K, the optimal design variables are as follows; $B_1=2.584mm$, $B_2=1.741mm$, and t = 7.914 mm. Comparing with the initial design, the temperature rise is reduced by 4.2 K, while the pressure drop is increased by 9.43 Pa. The Pareto optimal solutions are also presented between the pressure drop and the temperature rise.
The novel permanent magnetic actuator (PMA) and its optimal design method were proposed in this paper. The proposed PMA is referred to as the separated permanent magnetic actuator (SPMA) and significantly superior in terms of its cost and performance level over a conventional PMA. The proposed optimal design method uses the evolutionary strategy algorithm (ESA), the kriging meta-model (KMM), and the multi-step optimization. The KMM can compensate the slow convergence of the ESA. The proposed multi-step optimization process, which separates the independent variables, can decrease time and increase the reliability for the optimal design result. Briefly, the optimization time and the poor reliability of the optimum are mitigated by the proposed optimization method.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.15
no.3
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pp.8-14
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2016
Medical bed head consoles (BHC) are generally used to increase the efficiency of medical equipment and speed the medical treatment response time. The BHC design has been consistently improved including a movable shelf unit that is embedded to mount stably medical instruments on the lower part of the main console. The cost of a BHC can be reduced through design optimization to limit the overall weight. However, as the size of a head console might decrease due to design optimization, the BHC deflection could be increased. In this study, multi-objective optimal design was adopted to consider this BHC design problem. In order to reduce the cost of optimization planning, an approximate model was applied for the design optimization. In the context of approximate optimization, we used the response surface method and non-dominant sorting genetic algorithm developed from various fields. Multi-objective optimal solutions were also compared with a single objective optimal design.
The frontal crash optimization of an engine room member using the response surface method was studied. The engine room member is composed of the front side member and the sub-frame. The thicknesses of the panels on the front side member and the sub-frame were selected as the design variables. The purpose of the optimization was to reduce the weight of the structure, under the constraint that the objective quantity of crash energy is absorbed. The response surface method was used to approximate the crash behavior in mathematical form for optimization procedure. To research the effect of the regression method, two different methodologies were used in constructing the response surface model, the least square method and the moving least square method. The optimum with the two methods was verified by the simulation result. The precision of the surrogate model affected the optimal design. The moving least square method showed better approximation than the least square method. In addition to the deterministic optimization, the reliability-based design optimization using the response surface method was executed to examine the effect of uncertainties in design variables. The requirement for reliability made the optimal structure be heavier than the result of the deterministic optimization. Compared with the deterministic optimum, the optimal design using the reliability-based design optimization showed higher crash energy absorption and little probability of failure in achieving the objective.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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1997.03a
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pp.113-118
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1997
A new approach to process optimal design in non-isothermal, non-steady state metal forming is presented. In this approach, the optimal design problem is formulated on the basis of the integrated thermo-mechanical finite element process model so as to cover a wide range of the objective functions and design variables, and the derivative based approach is adopted for conducting optimization by design iteration. The process model, the formulation for process optimal design, and the procedures for the evaluation of the design sensitivity and for design iteration for optimization are described.
This paper presents an optimization of the reinforced concrete ribbed slab in terms of minimum CO2 emissions and an economic justification of the final optimal design. The design variables are six geometry variables including the slab thickness, the ribs spacing, the rib width at the lower and toper end, the depth of the rib and the bar diameter of the reinforcement, and the seventh variable defines the concrete strength. The objective function is considered to be the minimum amount of carbon dioxide gas (CO2) emission and at the same time, the optimal design is economical. Seven significant design constraints of American Concrete Institute's Standard were considered. A robust metaheuristic optimization method called improved dolphin echolocation and ant colony optimization (IDEACO) has been used to obtain the best possible answer. At optimal design, the three most important sources of CO2 emissions include concrete, steel reinforcement, and formwork that the contribution of them are 63.72, 32.17, and 4.11 percent respectively. Formwork, concrete, steel reinforcement, and CO2 are the four most important sources of cost with contributions of 67.56, 19.49, 12.44, and 0.51 percent respectively. Results obtained by IDEACO show that cost and CO2 emissions are closely related, so the presented method is a practical solution that was able to reduce the cost and CO2 emissions simultaneously.
This paper presents a method of optimal design of an automatic transfer system which is controlled by the electro-pneumatic servo scheme. The electro-pneumatic automatic transfer system can move parts to desired points or displace defective parts. The dynamic performance of the system can be examined by observing the behavior of the output. The output of the servo control system is the motion of the cylinder, pneumatic actuator. The dynamic performance of the cylinder is governed by the parameters of the components of the entire system. The optimal design can be accomplished by selecting of the parameters such that the desired dynamic performance of the cylinder is obtained. The optimal set of parameters might be obtained through the repeated simulations. Repeated simulations, however, is not effective to determine the optimal set of parameters since the set of parameters is large. This paper presents modeling, application of an optimization method, and the numerical results. The optimization algorithm utilizes the concept of the conjugate gradient method. The results show that the suggested optimization scheme can render faster convergence of iteration compared to other method based on an algebraic optimization method and can reduce the design efforts.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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