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.
In this paper a new particle swarm ray optimization algorithm is proposed for truss shape and size optimization with natural frequency constraints. These problems are believed to represent nonlinear and non-convex search spaces with several local optima and therefore are suitable for examining the capabilities of new algorithms. The proposed algorithm can be viewed as a hybridization of Particle Swarm Optimization (PSO) and the recently proposed Ray Optimization (RO) algorithms. In fact the exploration capabilities of the PSO are tried to be promoted using some concepts of the RO. Five numerical examples are examined in order to inspect the viability of the proposed algorithm. The results are compared with those of the PSO and some other existing algorithms. It is shown that the proposed algorithm obtains lighter structures in comparison to other methods most of the time. As will be discussed, the algorithm's performance can be attributed to its appropriate exploration/exploitation balance.
This research presents a structural design of high-level waste (HLW) container using ultra-high performance fiber reinforced concrete (UHP-FRC) material. The proposed design aims to overcome the drawbacks of the existing concrete containers which are heavy, difficult to fabricate, and expensive. In this study, the dry storage container (DSC) that commonly used at Canadian Nuclear facilities is selected to present the proposed design. The design has been performed such that the new UHP-FRC alternative has a structural stiffness equivalent to the existing steel-concrete-steel container under various loading scenarios. Size optimization technique is used with the aim of maximizing stiffness, and minimizing the cost while satisfying both the design stresses and construction requirements. Then, the integrity of the new design has been evaluated against accidental drop-impact events based on realistic drop scenarios. The optimization results showed: the stiffness of the UHP-FRC container (300 mm wall thick) is being in the range of 1.35-1.75 times the stiffness of existing DSC (550 mm wall thick). The use of UHP-FRC leads to decrease the container weight by more than 60%. The UHP-FRC container showed a significant enhancement in performance in comparison to the existing DSC design under considered accidental drop impact scenarios.
In this study, optimum structural designs of braced (non-swaying) planar steel frames are investigated by using one of the recent meta-heuristic search techniques, teaching-learning based optimization. Optimum design problems are performed according to American Institute of Steel Construction- Allowable Stress Design (AISC-ASD) specifications. A computer program is developed in MATLAB interacting with SAP2000 OAPI (Open Application Programming Interface) to conduct optimization procedures. Optimum cross sections are selected from a specified list of 128W profiles taken from AISC. Two different braced planar frames taken from literature are carried out for stress, geometric size, displacement and inter-storey drift constraints. It is concluded that teaching-learning based optimization presents robust and applicable optimum solutions in multi-element structural problems.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.10
no.2
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pp.174-185
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2002
The automotive industry faces many competitive challenges including weight and cost reduction to meet need for higher fuel economy. Tailored blanks offer the opportunity to decrease door weight, reduce manufacturing costs, and improve door stiffness. Optimization technology is applied to the inner panel of a door which is made by tailored blanks. The design of tailored blanks door starts from an existing door. At first, the hinge reinforcement and inner reinforcement are removed to use tailored blanks technology. The number of parts and the welding lines are determined from intuitions and the structural analysis results of the existing door. Size optimization is carried out to find thickness while the stiffness constraints are satisfied. The door hinge system is optimized using design of experiment approach. A commercial optimization software MSC/NASTRAN is utilized for the structural analysis and the optimization processes.
Major concern in modern industry is how to reduce the time and cost for product efficient production. Among many mechanical parts of a satellite, bracket plays an important role to support the load when the satellite is launched to space. so enough strength and stiffness. A designer could add unnecessary material and strength it so as not to fail when it used. But if mechanical part of satellite is over-designed, cost will rise and it also goes against to the aim of lightness. To achieve lightness and enough strength and stiffness, optimization algorithm should be introduced in design process. In this study, conceptual design of bracket is carried out to increase the performance of satellite. Some parameter which could change the weight of this part are selected as design variables. Total weight of bracket is to be minimized while displacement and stress should not exceed limit. Size optimization is done with 3D solid element and PLBA, the RQP algorithm. The weight of 0.262kg of initial model is reduced to 0.241kg after optimization process, so 9.8% of weight reduction is obtained.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.18
no.6
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pp.114-121
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2010
This paper presents a design process of light-weighted fuel cell vehicle (FCV) frame to meet design target of natural frequency in early design stage. At first, using validated FE model for the current design, thickness optimization was carried out. Next. optimization process, comprised of beam model size optimization, shell model design and shell model thickness optimization, was investigated for two frame types. In addition, in order to ensure hydrogen tanks safety against rear impact load, structural collapse characteristics was estimated for the rear frame model finally produced from the previous optimization process and, with the target of equal collapse characteristics to the current design model, structural modification with small weight increase was studied through static structural collapse analyses. The same attempt was applied to the front side frame. The results explain that the proposed process enables to design light-weighted frames with high structural performance in early stage.
The geometric nonlinearity has been successfully integrated with the design of steel structural system. Thus, the tubular lattice girder, one application of steel structural systems have already been optimized to obtain an economic design following the completion of computationally expensive design procedure. In order to decrease its computing cost, this study proposes to employ five multi-objective metaheuristics for the design optimization of geometrically nonlinear tubular lattice girder. Then, the employed multi-objective optimization algorithms (MOAs), NSGAII, PESAII, SPEAII, AbYSS and MoCell are evaluated considering their computing performances. For an unbiased evaluation of their computing performance, a tubular lattice girder with varying size-shape-topology and a benchmark truss design with 17 members are not only optimized considering the geometrically nonlinear behavior, but three benchmark mathematical functions along with the four benchmark linear design problems are also included for the comparison purpose. The proposed experimental study is carried out by use of an intelligent optimization tool named JMetal v5.10. According to the quantitative results of employed quality indicators with respect to a statistical analysis test, MoCell is resulted with an achievement of showing better computing performance compared to other four MOAs. Consequently, MoCell is suggested as an optimization tool for the design of geometrically nonlinear tubular lattice girder than the other employed MOAs.
LPD vectors are non-viral vehicles for gene delivery comprised of polycation-condensed plasmid DNA and liposomes. Here, we described a novel anionic LPD formulation containing protamine-DNA complexes and pH sensitive liposomes composed of DOPE and cholesteryl hemisuccinate (Chems). Central composite design (CCD) was employed to optimize stable LPD formulation with small particle size. A three factor, five-level CCD design was used for the optimization procedure, with the weight ratio of protamine/DNA ($X_1$), the weight ratio of Chems/DNA ($X_2$) and the molar ratio of Chems/DOPE in the anionic liposomes ($X_3$) as the independent variables. LPD size ($Y_1$) and LPD protection efficiency against nuclease ($Y_2$) were response variables. Zeta potential determination was utilized to define the experimental design region. Based on experimental design, responses for the 15 formulations were obtained. Mathematical equations and response surface plots were used to relate the dependent and independent variables. The mathematical model predicted optimized $X_1-X_3$ levels that achieve the desired particle size and the protection efficiency against nuclease. According to these levels, an optimized LPD formulation was prepared, resulting in a particle size of 185.3 nm and protection efficiency of 80.22%.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.15
no.6
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pp.97-104
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2006
The geometric configuration in the weight reduction designis very required to be started from the conceptual design with low cost, high performance and quality. In this point, a structural-topological shape concerned with conceptual design of structure is important. The method used in this paper combines three optimization techniques, where the shape and physical dimensions of the structure and material distribution are hierachically optimized, with the maximum rigidity of structure and lightweight. As the results, the technology of weight reduction design is considered in designs of aluminum control arm and inner panel of door.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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