International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.10
no.3
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pp.240-253
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2017
Latin hypercube sampling is widely used design-of-experiment technique to select design points for simulation which are then used to construct a surrogate model. The exploration/exploitation properties of surrogate models depend on the size and distribution of design points in the chosen design space. The present study aimed at evaluating the performance characteristics of various surrogate models depending on the Latin hypercube sampling (LHS) procedure (sample size and spatial distribution) for a diverse set of optimization problems. The analysis was carried out for two types of problems: (1) thermal-fluid design problems (optimizations of convergent-divergent micromixer coupled with pulsatile flow and boot-shaped ribs), and (2) analytical test functions (six-hump camel back, Branin-Hoo, Hartman 3, and Hartman 6 functions). The three surrogate models, namely, response surface approximation, Kriging, and radial basis neural networks were tested. The important findings are illustrated using Box-plots. The surrogate models were analyzed in terms of global exploration (accuracy over the domain space) and local exploitation (ease of finding the global optimum point). Radial basis neural networks showed the best overall performance in global exploration characteristics as well as tendency to find the approximate optimal solution for the majority of tested problems. To build a surrogate model, it is recommended to use an initial sample size equal to 15 times the number of design variables. The study will provide useful guidelines on the effect of initial sample size and distribution on surrogate construction and subsequent optimization using LHS sampling plan.
Kim, Jun-Hwan;Jeon, Kwang-Woo;Shin, Kwang-Bok;Hwang, Tae-Kyung
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2012.05a
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pp.403-407
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2012
The purpose of this study is to find the optimum skirt size for a composite pressure vessel using optimum analysis technique. The size optimization for skirt shape of a composite pressure vessel was conducted using sub-problem approximation method and batch processing codes programmed by APDL(ANSYS Parametric Design Language). The thickness and length of skirt part were selected as design variables for the optimum analysis. The objective function and constraints were chosen as weight and displacement of skirt part, respectively. The numerical results showed that the weight of skirt of a composite pressure vessel would be saved by maximum 4.38% through the size optimization analysis for the skirt shape.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2000.04b
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pp.187-194
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2000
Weight reduction for an automobile body is being sought for the fuel efficiency and the energy conservation. One way of the efforts is adopting Ultra Light Steel Auto Body (ULSAB) concept. The ULSAB concept can be used for the light weight of an automobile door with the tailor welded blank (TWB). A design process is defined for the TWB. The inner panel of door is designed by the TWB and optimization. The design starts from an existing component. At first, the hinge and inner reinforcements are removed. In the conceptual design stage, topology optimization is conducted to find the distribution of variable thicknesses. The number of parts and the welding lines are determined from the topology design. In the detailed design process, size optimization is carried out to find thickness while stiffness constraints are satisfied. The final parting lines are determined by shape optimization.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2002.05a
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pp.101-104
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2002
Almost all buildings/infrastructures made of composite materials are fabricated without proper design. Unlike airplane or automobile parts, prototype test is impossible. One cannot destroy 10 story buildings or 100-meter long bridges. People try to build 100-story buildings or several thousand meter long bridges. In order to realize "composites in construction", the following subjects must be studied in detail, for his design. Concept optimization, Simple method of analysis, Folded plate theory, Size effects in failure, and Critical frequency. Unlike the design procedure with conventional materials, his design should include material design, selection of manufacturing methods, and quality control methods, in addition to the fabrication method. In this paper size/scale effects in failure criteria is briefly explained for practicing engineers.engineers.
Kim, Hyun-Su;Ahn, Chan-Woo;Choi, Kyung-Ho;Park, Jeong-Ho
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.19
no.9
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pp.186-192
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2002
As industry is developed, the faster transportation of freight train is demanded. The optimum design of a structure requires the determination of economical member size and shape of a structure which will satisfy the design conditions and the functions. In this study, it is attempted to minimize the dead weight of bogie frame. From the numerical results in the shape and size optimization of the bogie frame, it is known that the weight can be reduced up to 17.45% with the displacement, stress, first natural frequency and critical buckling-load constraints. The first natural frequency and the critical buckling load of the optimized model is larger than that of the lowest design value. Stress and displacement conditions are also satisfied within the design conditions. From the results, the optimal model is stable and useful for the improvement of railway carriages.
In this study size optimization of large-scale dome structures with dynamic constraints is presented. In the optimal design of these structure, the Jaya algorithm is used to find minimal size of design variables. The design variables are the cross-sectional areas of the steel truss bar elements. To take into account the constraints which are the first five natural frequencies of the structures, the finite element analysis is coded in Matlab programs using eigen values of the stiffness matrix of the dome structures. The Jaya algorithm and the finite elements codes are combined by the help of the Matlab - GUI (Graphical User Interface) programming to carry out the optimization process for the dome structures. To show the efficiency and the advances of the Jaya algorithm, 1180 bar dome structure and the 1410 bar dome structure were tested by taking into the frequency constraints. The optimal results obtained by the proposed algorithm are compared with those given in the literature to demonstrate the performance of the Jaya algorithm. At the end of the study, it is concluded that the proposed algorithm can be effectively used in the optimal design of large-scale dome structures.
Journal of international Conference on Electrical Machines and Systems
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v.2
no.3
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pp.260-268
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2013
Based on classical Berotti discrete iron loss calculation model, the iron loss analysis mathematical model of alternator was proposed in this paper. Considering characteristics of high speed and changing frequency of the alternator, Maxwell 3-D model was built to analyze iron loss corresponding to each running speed in alternator. Based on iron loss model of alternator at rated speed, the rotor claw pole size was made an optimization design. The optimization results showed that alternator's output performance had been improved. A new idea was explored in size optimization design of claw pole alternator.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.29
no.4
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pp.293-299
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2016
In this paper, a projection method is introduced which is used in topology design optimization. In the projection method, each active design variable is projected onto the design domain depending on the shape and size of the projection functions, and the finite element under this projection receives a solid material. Furthermore, the size of the projection function defines the minimum length scale of the structural members. Therefore, a designer can easily apply design constraints without complicated post-processing procedure. In addition, the projection method can be combined with the homogenization theory, and applied to material design problem for composite materials. Topology design optimization for the unit-cell of the periodic structures can maximize the effective material properties, which yields the optimal material distribution with maximum bulk or shear moduli under a given volume fraction.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1999.10a
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pp.359-369
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1999
The paper describes the study of concurrent subspace optimization(CSSO) for coupled multidisciplinary design optimization (MDO) techniques in mechanical systems. This method is a solution to large scale coupled multidisciplinary system, wherein the original problem is decomposed into a set of smaller, more tractable subproblems. Key elements in CSSO are consisted of global sensitivity equation(GSE), subspace optimization (SSO), optimum sensitivity analysis(OSA), and coordination optimization problem(COP) so as to inquiry valanced design solutions finally, Automatic differentiation has an ability to provide a robust sensitivity solution, and have shown the numerical numerical effectiveness over finite difference schemes wherein the perturbed step size in design variable is required. The present paper will develop the automatic differentiation based concurrent subspace optimization(AD-CSSO) in MDO. An automatic differentiation tool in FORTRAN(ADIFOR) will be employed to evaluate sensitivities. The use of exact function derivatives in GSE, OSA and COP makes Possible to enhance the numerical accuracy during the iterative design process. The paper discusses how much influence on final optimal design compared with traditional all-in-one approach, finite difference based CSSO and AD-CSSO applying coupled design variables.
Park, Byoung-Kyoo;Kim, Joon-Won;Moon, Il-Kwon;Kim, Dong-Sik
Proceedings of the KSME Conference
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2008.11a
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pp.1951-1956
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2008
Various MEMS accelerometers are used in engineering applications including automobiles, mobile phones, military systems, and electronic devices. Among them, the thermal accelerometer employing the temperature difference induced by the convective flow inside the micro cavity has been a topic of interest. As the convective sensor does not utilize a solid proof mass, it is compact, lightweight, inexpensive to manufacture, sensitive and highly endurable to mechanical shock. However, the complexity of the convective flow and various design constraints make optimization of a device a crucial step before fabrication. In this work, optimization of a 2-axis thermal convective MEMS accelerometer is conducted based on 3-dimensional numerical simulation. Parametric studies are performed by varying the several design variables such as the heater shape/size, the cavity size and types of the gas medium and the position of temperature probes in the sensor. The results of optimal design are presented.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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