The solution of the aircraft wing spar cross-section area optimization problem is obtained by the response surface method. The object function of the problem is wing total weight, design variables are spar cross-section areas, constraints are the conditions that the stresses at the each spar is less than the allowable stress. D-Optimal condition is utilized to obtain the experimental points to construct the response surfaces. D-Optimal experimental points are obtained by the commercial software "Deign-Expert". Response values for the object function and constraints for each experimental point are calculated by the NASTRAN. Response surfaces for object function and constraints are approximated from the response values by the least square method. The optimization solution is obtained by the DOT for the response surfaces of object function and constraints. The optimization results obtained from the response surface are compared with the results obtained by the NASTRAN SOL200.
In this study, response surface method (RSM) was used in modeling and multi-objective optimization of the parameters of AA5052-H32 in incremental sheet forming (ISF). The goals of optimization were the maximum forming angle, minimum thickness reduction, and minimum surface roughness, with varying values in response to changes in production process parameters, such as tool diameter, tool spindle speed, step depth, and tool feed rate. A Box-Behnken experimental design (BBD) was used to develop an RSM model for modeling the variations in the forming angle, thickness reduction, and surface roughness in response to variations in process parameters. Subsequently, the RSM model was used as the fitness function for multi-objective optimization of the ISF process based on experimental design. The results showed that RSM can be effectively used to control the forming angle, thickness reduction, and surface roughness.
In order to consider high-order effects on the actual limit state function, a new response surface method is proposed for structural reliability analysis by the use of high-order approximation concept in this study. Hermite polynomials are used to determine the highest orders of input random variables, and the sampling points for the determination of highest orders are located on Gaussian points of Gauss-Hermite integration. The cross terms between two random variables, only in case that their corresponding percent contributions to the total variation of limit state function are significant, will be added to the response surface function to improve the approximation accuracy. As a result, significant reduction in computational cost is achieved with this strategy. Due to the addition of cross terms, the additional sampling points, laid on two-dimensional Gaussian points off axis on the plane of two significant variables, are required to determine the coefficients of the approximated limit state function. All available sampling points are employed to construct the final response surface function. Then, Monte Carlo Simulation is carried out on the final approximation response surface function to estimate the failure probability. Due to the use of high order polynomial, the proposed method is more accurate than the traditional second-order or linear response surface method. It also provides much more efficient solutions than the available high-order response surface method with less loss in accuracy. The efficiency and the accuracy of the proposed method compared with those of various response surface methods available are illustrated by five numerical examples.
A reliability analysis and design procedure based on the design of experiment (DOE) is combined with the response surface method (RSM) for numerical efficiency. The procedure established is based on a 3$^n$ full factorial DOE for numerical quadrature using explicit formula of optimum levels and weights derived for general distributions. The full factorial moment method (FFMM) shows good performance in terms of accuracy and ability to treat non-normally distributed random variables. But, the FFMM becomes very inefficient because the number of function evaluation required increases exponentially as the number of random variables considered increases. To enhance the efficiency, the response surface moment method (RSMM) is proposed. In RSMM, experiments only with high probability are conducted and the rest of data are complemented by a quadratic response surface approximation without mixed terms. The response surface is updated by conducting experiments one by one until the value of failure probability is converged. It is calculated using the Pearson system and the four statistical moments obtained from the experimental data. A measure for checking the relative importance of an experimental point is proposed and named as influence index. During the update of response surface, mixed terms can be added into the formulation.
The response surface method is the statistical method which can be applied to the non-sensitivity based optimization. The response surface which is constructed by the least square method contains only the polynomial terms so that the global maximum and minimum points are easily obtained. In this paper, this response surface method is utilized to optimize the crashworthiness of auto-body members. As the first step, the thickness of a simple circular tube is optimized to confirm the application of the response surface method to the crashworthiness. Optimization of the thickness on the front side member is, then, performed with the constructed response surface of the absorbed energy and deformation. Optimization results demonstrate that the absorbed energy and the deformation pattern of the front side member is improved in the viewpoint of enhancement of the crashworthiness.
Basaga, Hasan Basri;Bayraktar, Alemdar;Kaymaz, Irfan
Structural Engineering and Mechanics
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제42권2호
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pp.175-189
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2012
This paper presents an algorithm for structural reliability with the response surface method. For this aim, an approach with three stages is proposed named as improved response surface method. In the algorithm, firstly, a quadratic approximate function is formed and design point is determined with First Order Reliability Method. Secondly, a point close to the exact limit state function is searched using the design point. Lastly, vector projected method is used to generate the sample points and Second Order Reliability Method is performed to obtain reliability index and probability of failure. Five numerical examples are selected to illustrate the proposed algorithm. The limit state functions of three examples (cantilever beam, highly nonlinear limit state function and dynamic response of an oscillator) are defined explicitly and the others (frame and truss structures) are defined implicitly. ANSYS finite element program is utilized to obtain the response of the structures which are needed in the reliability analysis of implicit limit state functions. The results (reliability index, probability of failure and limit state function evaluations) obtained from the improved response surface are compared with those of Monte Carlo Simulation, First Order Reliability Method, Second Order Reliability Method and Classical Response Surface Method. According to the results, proposed algorithm gives better results for both reliability index and limit state function evaluations.
Communications for Statistical Applications and Methods
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제5권3호
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pp.607-621
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1998
When fitting a response surface model, the least squares estimates of the model's parameters and the prediction variance will generally depend on how the response surface design is blocked. That is, the choice of a blocking arrangement for a response surface design can have a considerable effect on estimating the mean response and on the size of the prediction variance even if the experimental runs are the same. Therefore, care should be exercised in the selection of blocks. In this paper, we prognose a graphical method for evaluating the effect of blocking in a response surface designs using cuboidal regions in the presence of a fixed block effect. This graphical method can be used to investigate how the blocking has influence on the prediction variance throughout the entire experimental region of interest when this region is cuboidal, and compare the block effect in the cases of the orthogonal and non-orthogonalblockdesigns, resfectively.
In this study, three-dimensional imcompressible viscous flow analysis and optimization using response surface method are presented for the design of a jet fan. Steady, imcompressible, three-dimensional Reynolds averaged Wavier-Stokes equations are used as governing equations, and standard $k-{\varepsilon}$ turbulence model is chosen as a turbulence model. Governimg equations are discretized using finite volume method. Sweep angles are used as design variables for the shape optimization of the impeller in response surface method. The experimental points which are needed to construct response surface are obtained from the D-optimal design and finally the shape of impeller Is achieved from using a numerical optimization for the response surface which is obtained from CFD.
In structural reliability analysis, the response surface method is widely adopted because of its numerical efficiency. It should be understood that the response function must approximate the actual limit state function accurately in the main region influencing failure probability where it is evaluated. However, the size of main region influencing failure probability was not defined clearly in current response surface methods. In this study, the concept of sub-region of interest is constructed, and an improved response surface method is proposed based on the sub-region of interest. The sub-region of interest can clearly define the size of main region influencing failure probability, so that the accuracy of the evaluation of failure probability is increased. Some examples are introduced to demonstrate the efficiency and the accuracy of the proposed method for both numerical and implicit limit state functions.
Weight minimization of double-deck train carbody is imperative to reduce cost and extend life-time of train. It is required to decide 36 thickness of aluminum extruded panels. However, the design variables are two many to tract. moreover, one execution of structural analysis of double-deck carbody is time-consuming. Therefore, we adopt approximation technique to save computational cost of optimization process. Response surface model is used to apporximate static response of double-deck carbody. To obtain plausible response surface model, orthogonal array is empolyed as design of experiment(DOE). Design improvement by approximate model-based optimization is described. Accuracy and efficiency of optimization by using response surface model are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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