This study presents an efficient method for optimum design of plate and shell structures, when the design variables are continuous or discrete. Both sizing and shape design variables are considered. First the structural responses such as element forces are approximated in terms of some intermediate variables. By substituting these approximate relations into the original design problem, an explicit nonlinear approximate design task with high quality approximation is achieved. This problem with continuous variables, can be solved by means of numerical optimization techniques very efficiently, the results of which are then used for discrete variable optimization. Now, the approximate problem is converted into a sequence of second level approximation problems of separable form and each of which is solved by a dual strategy with discrete design variables. The approach is efficient in terms of the number of required structural analyses, as well as the overall computational cost of optimization. Examples are offered and compared with other methods to demonstrate the features of the proposed method.
The location and the shape of a freshwater transition zone in a coastal aquifer are affected by many hydraulic variables. To data most works to determine the effects of these variables are limited to qualitative comparison of transiton zones. In this work characteristics of transition zones are analyzed quantitatively. The investigation is limited to a steady-state transition zones. Three dimensionless variables are defined to represent characteristics of steady-state transition zones. They are maximum introsion length, thickness, and degree of stratification. Effects of principal hydraulic variables (velocity and dispersivity) on these characteristics are studied using a numerical model. Dimensional analysis is used to systematically analyze entire model results. Effects of velocity and dispersivity are seem clearly. From this study, increase in velocity is found to cause shrinkage of transition zones. This observation contradicts claims by some that, because dispersion is proportional to velocity, increase in velocity would cause expansion of transition zones.
Seong, Byuck Kyung;Seo, Hyung Kyu;Lee, Jin Wook;Kwon, Ae-Ran;Kim, Dong Hwan
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.31
no.11
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pp.1041-1050
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2014
A design and analysis for new foot sensor that measures pressure distribution while walking or running in daily life is introduced. In the process of the sensor design, the shape, mechanism composing of the sensor, and variables that dominate sensor's sensitivity are investigated. Through these variables analysis, an optimal shape and dimension were determined. The effects of variables on sensor's sensitivity and the relationship between each variable are proved by analyses and experiments.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.8
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pp.99-106
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2003
Geometrical design variables are numerically investigated to improve aerodynamic performance of the supersonic impulse turbine of a turbopump in a liquid rocket engine. Aerodynamic redesign was performed for maximization of the blade power. Four design variables considered are blade angle, blade thickness and radii of upper and lower arc blade with appropriate constraints. A fast Navier-Stokes solver was developed and Chien's k-$\varepsilon$ turbulence modelling was used for turbulence closure. In initial shape, a flow separation was found in the middle of blade chord. However, it disappeared in final shape via its geometrical design variable change. About 3.2 percent of blade power was increased from this research.
Proceedings of the Korean Society for Technology of Plasticity Conference
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2006.05a
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pp.373-376
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2006
The ring rolling design for a large-scale Ti-6Al-4V alloy ring was performed with a calculation method and FEM simulation. The ring rolling design includes geometry design and optimization of process variables. The calculation method was to determine geometry design such as initial billet and blank size, and final rolled ring shape. A commercial FEM code, SHAPE was used to simulate the effect of process variables in ring rolling on the distribution of the internal state variables such as strain, strain rate and temperature. In order to predict the forming defects during ring rolling, the process-map approach based on Ziegler's instability criterion was used with FEM simulation. Finally, an optimum process design to obtain sound Ti-6Al-4V rings without forming defects was suggested through combined approach of Ziegler's instability map and FEM simulation results.
The process design for large-scale ring rolling of Ti-6Al-4V alloy was performed by calculation method, processing map approach and FEM simulation. The ring rolling design includes geometry design and optimization of process variables. The calculation method was used to make geometry design such as initial billet and blank sizes, and final rolled ring shape. A commercial FEM code, SHAPE-RR was used to simulate the effect of process variables in ring rolling on the distribution of the internal state variables such as strain, strain rate and temperature. In order to predict the forming defects during ring rolling and the formation of over-heating above $\beta$-transus temperature due to deformation heating, the process-map approach based on Ziegler's instability criterion was used with FEM simulation. Finally, an optimum process design to obtain sound Ti-6Al-4V rings without forming defects was suggested through combined approach of Ziegler's instability map and FEM simulation results.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.7
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pp.879-886
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2004
A numerical optimization has been carried out to determine the shape of the three-dimensional channel with oblique ribs attached on both walls to enhance turbulent heat transfer. The response surface based optimization is used as an optimization technique with Reynolds-averaged Navier-Stokes analysis of fluid flow and heat transfer. Shear stress transport (SST) turbulence model is used as a turbulence closure. Numerical results fur heat transfer rate show good agreements with experimental data. four dimensionless variables such as, rib pitch-to-rib height ratio, rib height-to-channel height ratio, streamwise rib distance on opposite wall to rib pitch ratio, and the attack angle of the rib are chosen as design variables. The objective function is defined as a linear combination of heat-transfer and friction-loss related coefficients with a weighting factor. D-optimal method is used to determine the training points as a means of design of experiment. Sensitivity of the objective parameters to each design variable has been analyzed. And, optimal values of the design variables have been obtained in a range of the weighting factor.
Kim, Jong-Sung;Kim, Kyoung-Soo;Oh, Young-Jin;Oh, Chang-Young
Nuclear Engineering and Technology
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v.51
no.5
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pp.1451-1469
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2019
This paper proposes a residual stress mitigation of a nuclear safety-related austenitic stainless steel TP304 pipe bended by local induction heating process via performing elastic-plastic finite element analysis. Residual stress distributions of the pipe bend were calculated by performing finite element analysis. Validity of the finite element analysis procedure was verified via comparing with temperature histories measured by using thermocouples, ultrasonic thickness measurement results, and residual stress measurement results by a hole-drilling method. Parametric finite element stress analysis was performed to investigate effects of the process and geometric shape variables on the residual stresses on inner surfaces of the pipe by applying the verified procedure. As a result of the parametric analysis, it was found that it is difficult to considerably reduce the inner surface residual stresses by changing the existing process and geometric shape variables. So, in order to mitigate the residual stresses, effect of an additional process such as cooling after the bending on the residual stresses was investigated. Finally, it was identified that the additional heating after the bending can significantly reduce the residual stresses while other variables have insignificant effect.
The development of science and transportation technology leads to the increase of inter - city networks that play an important role in urban growth. Overall, numerous studies based on network theory pay attention to positive effects of urban network on urban growth. However, some studies have pointed out the negative effects of inter-city interactions such as straw effects. This implies that the network between cities may not be positively correlated with urban growth, and that the direction of the influence may vary from a certain threshold, such as the marginal utility curve. In this context, the purpose of this study is to measure the impacts of network with central city on urban growth in the capital region and examine the relationship between urban network and growth. Two multiple regression models are employed with changes in population and employment as dependent variables. The urban network index and other control variables are used as independent variables. Especially, the urban network indexes are used in quadratic forms to examine non linear relations with urban growth such U-shape or an inverted U-shape. The results show that the relationships between networks with the central city and urban growth are not a simple linear, and the influence can be changed from the critical point.
Do-Won Kim;Sang-Yeong Park;Hyug-Gyo Rhee;Pilseong Kang
Current Optics and Photonics
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v.7
no.4
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pp.419-427
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2023
The structural design of an optical-telescope assembly (OTA) for satellite laser ranging (SLR) is conducted in two steps. First, the results of a parametric study of the major design variables (e.g. dimension and shape) of the OTA part are explained, and the detailed structural design of the OTA is derived, considering the design requirements. Among the structural-shape concepts of various OTAs, the Serrurier truss concept is selected in this study, and the collimation of the telescope according to the design variables is extensively discussed. After generating finite-element models for different structural shapes, self-gravity analyses are performed. To minimize the deflection and tilt of the mirror and frame for the OTA under the limited design requirements, a parametric study is conducted according to design variables such as the shapes of the upper and lower struts and the spider vane. The structural features found in the parametric study are described. Finally, the OTA structure is designed in detail to maintain the optical alignment by balancing the gravity deflections of the upper and lower trusses using the optimal combination of the parameters. Additionally, thermal analysis of the optical telescope design is evaluated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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