In this paper, we present an optimal shape design method for a dielectric microlens which is used to focus an incoming infrared plane wave in wideband, by exploiting the finite difference time domain (FDTD) technique and the topology optimization technique. Topology optimization is a scheme to search an optimal shape by adjusting the material properties, which are design variables, within the design space. And by introducing the adjoint variable method, we can effectively calculate a derivative of the objective function with respect to the design variable. To verify the proposed method, a shape design problem of a dielectric microlens is tested when illuminated by a transverse electric (TE)-polarized infrared plane wave. In this problem, the design variable is the dielectric constant within the design space of a dielectric microlens. The design objective is to maximally focus the incoming magnetic field at a specific point in wideband.
This study aims to develop efficient composite laminates for buckling load enhancement, interlaminar shear stress minimization, and weight reduction. This goal is achieved through cover-skin lay-ups around skins and stiffeners, which amplify bending stiffness and defer delamination by means of effective stress distribution. The design problem is formulated as multi-objective optimization that maximizes buckling load capability while minimizing both maximum out-of-plane shear stress and panel weight. For efficient optimization, response surface methodology is employed for buckling load, two out-of-plane shear stresses, and panel weight with respect to one ply thickness, six fiber orientations of a skin, and four stiffener heights. Numerical results show that skin-covered composite stiffened panels can be devised for maximum buckling load and minimum interlaminar shear stresses under compressive load. In addition, the effects of different material properties are investigated and compared. The obtained results reveal that the composite stiffened panel with Kevlar material is the most effective design.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2002.05a
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pp.554-558
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2002
A magnetostrictive sensor is used to measure stress waves propagating in a ferromagnetic cylinder without physical contact. The performance of a magnetostrictive sensor is affected most significantly by the bias magnetic field applied around the measurement location. The goal of this paper is to carry out the topology optimization of the bias magnet and yoke assembly to maximize the sensor output for traveling bending waves. We will use the multi-resolution topology optimization strategy to find the assembly of the bias magnet and the yoke that is easy to realize. The effectiveness of the present design is confirmed by an actual measurement of the sensor signal with the proposed bias magnet and yoke configuration.
In this paper, a procedure for automated optimized design of reinforced concrete frames has been presented. The procedure consists of formulation and solution of the design problem in the form of an optimization problem. The minimization of total cost of R/C frame has been taken as the objective of optimization problem. In this research, consistent approximation method is applied to explicitly formulate constraints and objective function in terms of the design variables. In the presented method, the primary optimization problem is replaced with a sequence of explicit sub-problems. Each sub-problem is efficiently solved using the Sequential Quadratic Programming (SQP) method. The proposed method is demonstrated through a four-story frame and an eight-story frame, and the optimum results are compared with those in the available literature. It is shown that the proposed method can be easily applied to obtain rational, reliable, economical and practical designs for Reinforced Concrete Moment Resisting Frames (RCMRFs) while it is converged after a few analyses.
In this paper, an optimization process using Genetic Algorithm (GA) that mimics biological processes is presented for optimum design of planar frames with semi-rigid connections by selecting suitable standard sections from a specified list taken from American Institute of Steel Construction (AISC). The stress constraints as indicated in AISC-LRFD (American Institute of Steel Construction - Load and Resistance Factor Design), maximum lateral displacement constraints and geometric constraints are considered for optimum design. Two different planar frames with semi-rigid connections taken from the literature are carried out first without considering concrete slab effects in finite element analyses and the results are compared with the ones available in literature. The same optimization procedures are then repeated for full and semi rigid planar frames with composite (steel and concrete) beams. A program is developed in MATLAB for all optimization procedures. Results obtained from this study proved that consideration of the contribution of the concrete on the behavior of the floor beams provides lighter planar frames.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.44
no.6
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pp.564-571
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2007
In the present study, stern form optimization has been carried out using computational fluid dynamics (CFD) techniques. The viscous pressure drag has been minimized to optimize stern shape. Parametric modification function has been used to modify the shape of the hull. By the use of the parametric modification function and algebraic scheme to grid manipulation, the initial ship geometry was easily deformed according to change of design parameters. For purpose of illustration, KRISO 319K VLCC (KVLCC) is chosen for example ship to demonstrate stern form optimization. The numerical results indicate that the optimized hull yields a reduction in viscous resistance.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.5
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pp.785-794
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2015
To obtain low resistance and high efficiency energy-saving ship, minimum total resistance hull form design method is studied based on potential flow theory of wave-making resistance and considering the effects of tail viscous separation. With the sum of wave resistance and viscous resistance as objective functions and the parameters of B-Spline function as design variables, mathematical models are built using Nonlinear Programming Method (NLP) ensuring the basic limit of displacement and considering rear viscous separation. We develop ship lines optimization procedures with intellectual property rights. Series60 is used as parent ship in optimization design to obtain improved ship (Series60-1) theoretically. Then drag tests for the improved ship (Series60-1) is made to get the actual minimum total resistance hull form.
The present study presents the Phasor Discrete Particle Swarm Optimization (PDPSO) algorithm, an effective optimization technique, the multi-dimensional vectors of which consist of magnitudes and phase angles. PDPSO is employed in the configuration of micro-grids. Micro-grids are concepts of distribution system that directly unifies customers and distributed generations (DGs). Micro-grids could supply electric power to customers and conduct power transaction via a power market by operating economic dispatch of diverse cost functions through several DGs. If a large number of micro-grids exist in one distribution system, the algorithm needs to adjust the configuration of numerous micro-grids in order to supply electric power with minimum generation cost for all customers under the distribution system.
The method of pairwise comparison inherently contains information of ambiguity, fuzziness and conflict in design goals for a multiobjective structural design. This paper applies the principle of paired comparison so that the vaguely formulated problem can be modified and a set of numerically acceptable weight would reflect the relatively important degree of multiple objectives. This paper also presents a fuzzy global criterion method ($FGCM_{\lambda}$) included fuzzy constraints that coupled with the objective weighting rank obtained from the modified pairwise comparisons for fuzzy multiobjective optimization problems. Descriptions in sequence of this combined method and problem solving experiences are given in the current article. Multiobjective design examples of truss and mechanical spring structures illustrate this optimization process containing the revising judgement techniques.
Ship hull optimization is categorized as a bound, multi variable, multi objective problem with nonlinear constraints. In such analysis, where the objective function representing the performance of the ship generally requires computationally involved hydrodynamic interaction evaluation methods, the objective functions are not smooth. Hence, the evolutionary techniques to attain the optimum hull forms is considered as the most practical strategy. In this study, a parametric ship hull form represented by B-Spline curves is optimized for multiple performance criteria using Genetic Algorithm. The methodology applied to automate the hull form generation, selection of optimization solvers and hydrodynamic parameter calculation for objective function and constraint definition are discussed here.
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