We conducted a multi-stage optimization to secure the desired performance of a centrifugal fan for home appliance in an early stage of product development. In optimization, the static pressure at the outlet of the fan is chosen as an objective function that is to be maximized, providing the required flow rate at the operating point of the fan. The optimization procedure begins with parameters for an initial baseline fan design. The baseline design is optimized by using a commercial optimization package. Accordingly, the corresponding blade models with a set of geometrical parameters are generated. Flow through a fan is simulated by solving the Reynolds-averaged Navier-Stokes equations. A multi-stage optimization scheme is employed to determine the family of optimum values for the parameters, leading to the pressure increase at the outlet of the fan. To validate the numerically obtained optimal design parameters, we fabricated the three types of fans using rapid prototyping and assessed the performance using a fan tester. Experimental results show that the design parameters at each stage satisfy the goal of optimization. The multi-stage optimization process turned out to be a useful tool in the development of a centrifugal fan.
In recent years, along with the advances made in performance-based design optimization, the need for fast calculation of response parameters in dynamic analysis procedures has become an important issue. The main problem in this field is the extremely high computational demand of time-history analyses which may convert the solution algorithm to illogical ones. Two simplifying strategies have shown to be very effective in tackling this problem; first, simplified nonlinear modeling investigating minimum level of structural modeling sophistication, second, wavelet analysis of earthquake records decreasing the number of acceleration points involved in time-history loading. In this paper, we try to develop an efficient framework, using both strategies, to solve the performance-based multi-objective optimal design problem considering the initial cost and the seismic damage cost of steel moment-frame structures. The non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II) is employed as the optimization algorithm to search the Pareto optimal solutions. The constraints of the optimization problem are considered in accordance with Federal Emergency Management Agency (FEMA) recommended design specifications. The results from numerical application of the proposed framework demonstrate the capabilities of the framework in solving the present multi-objective optimization problem.
Jung Yoon Park; Jonghyeon Lee;Janghoon Seo;Dong-Woo Park
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.60
no.5
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pp.332-340
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2023
The present study established hull form optimization for small catamaran based on variations of knuckle lines. Four knuckle lines below the free surface were employed as design variables. Knuckle lines were independently transformed within remaining the main dimensions of the existing hull. For the hull form optimization, the SHERPA algorithm of HEEDS was utilized. Computational fluid dynamics was employed to estimate the resistance performance. The optimal hull showed the improvement of resistance performance of 9.3% than that of existing hull. The improvement of wave and pressure distributions for optimal hull was confirmed. Throughout the present study, it is expected that established optimization method can be applied for various small vessels such as fishing and leisure boats.
The primary objective of the current study is to optimize and evaluate the seismic performance of steel momentresisting frame (MRF) structures considering soil-structure interaction (SSI) effects. The structural optimization is implemented in the context of performance-based design in accordance with FEMA-350 at different confidence levels from 50% to 90% by taking into account fixed- and flexible-base conditions using an efficient metaheuristic algorithm. Nonlinear response-history analysis (NRHA) is conducted to evaluate the seismic response of structures, and the beam-on-nonlinear Winkler foundation (BNWF) model is used to simulate the soil-foundation interaction under the MRFs. The seismic performance of optimally designed fixed- and flexible-base steel MRFs are compared in terms of overall damage index, seismic collapse safety, and interstory drift ratios at different performance levels. Two illustrative examples of 6- and 12-story steel MRFs are presented. The results show that the consideration of SSI in the optimization process of 6- and 12-story steel MRFs results in an increase of 1.0 to 9.0 % and 0.5 to 5.0 % in structural weight and a slight decrease in structural seismic safety at different confidence levels.
Robust adaptive beamforming based on worst-case performance optimization is investigated in this paper. It improves robustness against steering vector mismatches by the approach of diagonal loading. A closed-form solution to optimal loading is derived after some approximations. Besides reducing the computational complexity, it shows how different factors affect the optimal loading. Based on this solution, a performance analysis of the beamformer is carried out. As a consequence, approximated closed-form expressions of the source-of-interest power estimation and the output signalto-interference-plus-noise ratio are presented in order to predict its performance. Numerical examples show that the proposed closed-form expressions are very close to their actual values.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.12
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pp.3053-3060
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2000
Alternative formulation is presented for robust optimization problems and an efficient computational scheme for reliability estimation is proposed. Both design variables and design parameters considered as random variables about their nominal values. To ensure the robustness of objective performance a new cost function bounding the performance and a new constraint limiting the performance variation are introduced. The constraint variations are regulated by considering the probability of feasibility. Each probability constraint is transformed into a sub-optimization problem and then is resolved with the modified advanced first order second moment(AFOSM) method for computational efficiency. The proposed robust optimization method has advantages that the mean value and the variation of the performance function are controlled simultaneously and the second order sensitivity information is not required even in case of gradient based optimization. The suggested method is examined by solving three examples and the results are compared with those for deterministic case and those available in literature.
Mansouri, Iman;Soori, Sanaz;Amraie, Hamed;Hu, Jong Wan;Shahbazi, Shahrokh
Steel and Composite Structures
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v.27
no.5
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pp.613-622
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2018
The requirement to safe and economical buildings caused to the exploitation of nonlinear capacity structures and optimization of them. This requirement leads to forming seismic design method based on performance. In this study, concentrically braced frames (CBFs) have been optimized at the immediate occupancy (IO) and collapse prevention (CP) levels. Minimizing structural weight is taken as objective function subjected to performance constraints on inter-story drift ratios at various performance levels. In order to evaluate the seismic capacity of the CBFs, pushover analysis is conducted, and the process of optimization has been done by using Bee Algorithm. Results indicate that performance based design caused to have minimum structural weight and due to increase capacity of CBFs.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.711-722
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2020
An optimization framework using genetic algorithms has been developed towards an automated parametric optimization of the Octabuoy semi-submersible design. Compared with deep draft production units, the design of the shallow draught Octabuoy semi-submersible provides a floating system with improved motion characteristics, being less susceptible to vortex induced motions in loop currents. The relatively large water plane area results in a decreased natural heave period, which locates the floater in the wave period range with more wave energy. Considering this, the hull design of Octabuoy semi-submersible has been optimized to improve the floater's motion performance. The optimization has been conducted with optimized parameters of the pontoon's rectangular cross section area, the cone shaped section's height and diameter. Through numerical evaluations of both the 1st-order and 2nd-order hydrodynamics, the optimization through genetic algorithms has been proven to provide improved hydrodynamic performance, in terms of heave and pitch motions. This work presents a meaningful framework as a reference in the process of floating system's design.
Journal of the Institute of Electronics and Information Engineers
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v.53
no.8
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pp.59-65
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2016
Performance optimization of applications with massive stream data processing has been performed by considering I/O data coherency problem where a memory is shared between processors and hardware accelerators. A formula for performance analyses is derived based on profiling results of system-level simulations. Our experimental results show that overall performance was improved by 1.40 times on average for various image sizes. Also, further optimization has been performed based on the parameters appeared in the derived formula. The final performance gain was 3.88 times comparing to the original design and we can find that the performance of the design with cacheable shared memory is not always.
Portfolio optimization in the presence of estimation error can be stabilized by incorporating norm-constraints; this result was shown by DeMiguel et al. (A generalized approach to portfolio optimization: improving performance by constraining portfolio norms, Management Science, 5, 798-812, 2009), who reported empirical performance better than numerous competing approaches. We extend the idea of norm-constraints by introducing a powerful enhancement, grouped selection for portfolio optimization. Here, instead of merely penalizing norms of the assets being selected, we penalize groups, where within a group assets are treated alike, but across groups, the penalization may differ. The idea of groupwise selection is grounded in statistics, but to our knowledge, it is novel in the context of portfolio optimization. Novelty aside, the real benefits of groupwise selection are substantiated by experiments; our results show that groupwise asset selection leads to strategies with lower variance, higher Sharpe ratios, and even higher expected returns than the ordinary norm-constrained formulations.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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