The technique of integrated design optimization is proposed to design spatial structures. Various element technologies such as topology optimization, layout editing and size optimization processes are used in an integrated manner to improve the performance of spatial structures. In order to demonstrate the present technique, a unit spatial structure is optimized and numerical results are described here.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.43
no.7
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pp.601-608
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2015
The static aeroelastic analysis and optimization of flexible wings are conducted for steady state conditions while both aerodynamic and structural parameters can be used as optimization variables. The system of multidisciplinary design optimization as a robust methodology to couple commercial codes for a static aeroelastic optimization purpose to yield a convenient adaptation to engineering applications is developed. Aspect ratio, taper ratio, sweepback angle are chosen as optimization variables and the skin thickness of the wing. The real-coded adaptive range multi-objective genetic algorithm code, which represents the global multi-objective optimization algorithm, was used to control the optimization process. The support vector regression(SVR) is applied for optimization, in order to reduce the time of computation. For this multi-objective design optimization problem, numerical results show that several useful Pareto optimal designs exist for the flexible wing.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.28
no.4
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pp.482-489
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2011
In practical design process, designer needs to find an optimal solution by using full factorial discrete combination, rather than by using optimization algorithm considering continuous design variables. So, ANOVA(Analysis of Variance) based on an orthogonal array, i.e. Taguchi method, has been widely used in most parts of industry area. However, the Taguchi method is limited for the shape optimization by using CAE, because the multi-level and multi-objective optimization can't be carried out simultaneously. In this study, a combined method was proposed taking into account of multi-level computational orthogonal array and TOPSIS(Technique for Order preference by Similarity to Ideal Solution), which is known as a classical method of multiple attribute decision making and enables to solve various decision making or selection problems in an aspect of multi-objective optimization. The proposed method was applied to a case study of the multi-level shape optimization of lower arm used to automobile parts, and the design space was explored via an efficient application of the related CAE tools. The multi-level shape optimization was performed sequentially by applying both of the neural network model generated from seven-level four-factor computational orthogonal array and the TOPSIS. The weight and maximum stress of the lower arm, as the objective functions for the multi-level shape optimization, showed an improvement of 0.07% and 17.89%, respectively. In addition, the number of CAE carried out for the shape optimization was only 55 times in comparison to full factorial method necessary to 2,401 times.
Five extended cylindrical reticulated shells are proposed by changing distribution rule of diagonal rods based on three fundamental types. Modeling programs for fundamental types and extended types of cylindrical reticulated shell are compiled by using the ANSYS Parametric Design Language (APDL). On this basis, conditional formulas are derived when the grid shape of cylindrical reticulated shells is equilateral triangle. Internal force analysis of cylindrical reticulated shells is carried out. The variation and distribution regularities of maximum displacement and stress are studied. A shape optimization program is proposed by adopting the sequence two-stage algorithm (RDQA) in FORTRAN environment based on the characteristics of cylindrical reticulated shells and the ideas of discrete variable optimization design. Shape optimization is achieved by considering the objective function of the minimum total steel consumption, global and locality constraints. The shape optimization for three fundamental types and five extended types is calculated with the span of 30 m~80 m and rise-span ratio of 1/7~1/3. The variations of the total steel consumption along with the span and rise-span ratio are analyzed with contrast to the results of shape optimization. The optimal combination of main design parameters for five extended cylindrical reticulated shells is investigated. The total steel consumption affected by distribution rule of diagonal rods is discussed. The results show that: (1) Parametric modeling method is simple, efficient and practical, which can quickly generate different types of cylindrical reticulated shells. (2) The mechanical properties of five extended cylindrical reticulated shells are better than their fundamental types. (3) The total steel consumption of cylindrical reticulated shells is optimized to be the least when rise-span ratio is 1/6. (4) The extended type of three-way grid cylindrical reticulated shell should be preferentially adopted in practical engineering. (5) The grid shape of reticulated shells should be designed to equilateral triangle as much as possible because of its reasonable stress and the lowest total steel consumption.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.21
no.4
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pp.16-22
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2013
In this study, we propose the method of optimally changing material of BIW for minimizing weight while satisfying vehicle requirements on static stiffness. First, we formulate a material selection optimization problem. Next, we establish the CAE procedure of evaluating static stiffness. Then, to enhance the efficiency of design work, we integrate and automate the established CAE procedure using a commercial process integration and design optimization (PIDO) tool, PIAnO. For effective optimization, we adopt the approach of metamodel based approximate optimization. As a sampling method, an orthogonal array (OA) is used for selecting sampling points. The response values are evaluated at the sampling points and then these response values are used to generate a metamodel of each response using the linear polynomial regression (PR) model. Using the linear PR model, optimization is carried out an evolutionary algorithm (EA) that can handle discrete design variables. Material optimization result reveals that the weight is reduced by 44.8% while satisfying all the design constraints.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Technology Engineers
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v.20
no.4
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pp.412-418
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2011
Reliability-based Topology optimization(RBTO) is to get an optimal design satisfying uncertainties of design variables. Although RBTO based on homogenization and density distribution method has been done, RBTO based on BESO has not been reported yet. This study presents a reliability-based topology optimization(RBTO) using bi-directional evolutionary structural optimization(BESO). Topology optimization is formulated as volume minimization problem with probabilistic displacement constraint. Young's modulus, external load and thickness are considered as uncertain variables. In order to compute reliability index, four methods, i.e., RIA, PMA, SLSV and ADL(adaptive-loop), are used. Reliability-based topology optimization design process is conducted to obtain optimal topology satisfying allowable displacement and target reliability index with the above four methods, and then each result is compared with respect to numerical stability and computing time. The results of this study show that the RBTO based on BESO using the four methods can effectively be applied for topology optimization. And it was confirmed that DLSV and ADL had better numerical efficiency than SLSV. ADL and SLSV had better time cost than DLSV. Consequently, ADL method showed the best time efficiency and good numerical stability.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.21
no.5
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pp.8-14
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2013
In this study, we propose the method of optimally selecting material of front pillar (A-pillar) and package tray for minimizing weight while satisfying vehicle requirements on static stiffness and dynamic stiffness. First, we formulate a material selection optimization problem. Next, we establish the CAE procedure of evaluating static stiffness and dynamic stiffness. Then, to enhance the efficiency of design work, we integrate and automate the established CAE procedure using a commercial process integration and design optimization (PIDO) tool, PIAnO. For effective optimization, we adopt the approach of metamodel based approximate optimization. As a sampling method, an orthogonal array (OA) is used for selecting sampling points. The response values are evaluated at the sampling points and then these response values are used to generate a metamodel of each response using the radial basis function regression (RBFr). Using the RBFr models, optimization is carried out an evolutionary algorithm that can handle discrete design variables. Material optimization result reveals that the weight is reduced by 49.8% while satisfying all the design constraints.
Kim, Hyun-Seok;Kim, Hyun-Sung;Park, Byoungjae;Lee, Kangsu
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.34
no.4
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pp.263-271
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2020
In this study, we performed a three-dimensional (3D) topology optimization of a fixed offshore structure to enhance its structural stiffness. The proposed topology optimization is based on the solid isotropic material with penalization (SIMP) method, where a volume constraint is applied to utilize an equivalent amount of material as that used for the rule-based scantling design. To investigate the effects of the main legs of the fixed offshore structure on its structural stiffness, the leg region is selectively considered in the design domain of the topology optimization problem. The obtained optimal designs and the rule-based scantling design of the structure are manufactured by 3D metal printing technology to experimentally validate the topology optimization. The behaviors under compressive loading of the obtained optimal designs are compared with those of the rule-based scantling design using a universal testing machine (UTM). Based on the structural experiments, we concluded that by employing the topology optimization method, the structural stiffness of the structure was enhanced compared to that of the rule-based scantling design for an equal amount of the fabrication material. Furthermore, by effectively combining the topology optimization and rule-based scantling methods, we succeeded in enhancing the structural stiffness and improving the breaking load of the fixed offshore structure.
Choi, SangSu;Sung, Nakyun;Shin, Yeonsik;Noh, Sang Do
Korean Journal of Computational Design and Engineering
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v.19
no.2
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pp.148-156
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2014
Generally, over 95% of manufacturing cost is determined in the design and manufacturing preparation step, especially a great part of productivity is determined in the manufacturing preparation step. In order to improve the manufacturing competitiveness, we have to verify the problems that can be occurred in the production step and remove the unnecessary factors in the manufacturing preparation step. Thus, manufacturing industries are adopting digital manufacturing system based on modeling & simulation. In this paper, we introduce e-FEED system (electronic based Front End Engineering and Design) that is the integrated design and analysis system for optimized manufacturing line development based on simulation automation and explain the work process (Design, Analysis and Optimization) about manufacturing line development using e-FEED system. Also, the effect is described through the real implementation cases.
In this paper, an enhanced Violation-based Sensitivity analysis and Border-Line Adaptive Sliding Technique (ViS-BLAST) will be utilized for optimization of some well-known structural and mechanical engineering problems. ViS-BLAST has already been introduced by the authors for solving truss optimization problems. For those problems, this method showed a satisfactory enactment both in speed and efficiency. The Enriched ViS-BLAST or EVB is introduced to be vastly applicable to any solvable constrained optimization problem without any specific initialization. It uses one-directional step-wise searching technique and mostly limits exploration to the vicinity of FNF border and does not explore the entire design space. It first enters the feasible region very quickly and keeps the feasibility of solutions. For doing this important, EVB groups variables for specifying the desired searching directions in order to moving toward best solutions out or inside feasible domains. EVB was employed for solving seven numerical engineering design problems. Results show that for problems with tiny or even complex feasible regions with a larger number of highly non-linear constraints, EVB has a better performance compared to some records in the literature. This dominance was evaluated in terms of the feasibility of solutions, the quality of optimum objective values found and the total number of function evaluations performed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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