In this paper, wake equalizing duct (WED) form optimization was carried out using computational fluid dynamics (CFD) techniques. A WED is a ring-shaped flow vane with a foil-type cross-section fitted to a hull in front of the upper propeller area. The main advantage of a WED is the power savings resulting from the uniformity of the velocity distribution on the propeller plane, a reduction in the flow separation at the aft-body, and lift generation with a forward force component on the foil section. This paper intends to evaluate these functions and find an optimized WED form for minimizing the viscous resistance and equalizing the wake distribution. In the optimization process, the study uses four WED parameters: the angle of the section, longitudinal location, and angles of the axes for the half rings against the longitudinal and transverse planes of the ship. KRISO 300K VLCC2 (KVLCC2) is chosen as an example ship to demonstrate the WED optimization. The optimization procedure uses genetic algorithms (GAs), a gradient-based optimizer for the refinement of the solution, and Non-dominated Sorting GA-II(NSGA-II) for Multiobjective Optimization. The results show that the optimized WED can reduce the viscous resistance at the expense of the uniformity of the wake distribution.
The force of a direct current (DC) electromagnetic pump used to transport liquid lithium was analyzed to optimize its geometrical and electrical parameters by numerical simulation. In a heavy-ion accelerator, which is being developed in Korea, a liquid lithium film is utilized for its high charge-stripping efficiency for heavy ions of uranium. A DC electromagnetic pump with a flow rate of $6cm^3/s$ and a developed pressure of 1.5 MPa at a temperature of $200^{\circ}C$ was required to circulate the liquid lithium to form liquid lithium films. The current and magnetic flux densities in the flow gap, where a $Sm_2Co_{17}$ permanent magnet was used to generate a magnetic field, were analyzed for the electromagnetic force distribution generated in the pump. The pressure developed by the Lorentz force on the electromagnetic force was calculated by considering the electromotive force and hydraulic pressure drop in the narrow flow channel. The opposite force at the end part due to the magnetic flux density in the opposite direction depended on the pump geometrical parameters such as the pump duct length and width that defines the rectangular channels in the nonhomogeneous distributions of the current and magnetic fields.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.25
no.10
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pp.1613-1620
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2001
This study is focused on the application of the homogenization design method (HDM) to reduce the vibration level of a structure excited by magnetic harmonic farces. This is accomplished by obtaining the optimal material distribution in a design domain to minimize the frequency response caused by the magnetic harmonic excitation. The Maxwell stress method is used to compute the magnetic force and the HDM is applied leer the optimization. The developed method is applied to a simple pole model that is excited by the harmonic bending farce caused by the current around an adjacent stator. Results shows that the HDM is valid to minimize the frequency response.
The goal of this study is to conceptually orientate optimized layouts of outrigger belt trusses which are in widespread use today in the design of tall buildings by strut-and-tie truss models utilizing a topology optimization method. In this study unknown strut-and-tie models are realized by using a typical SIMP method of topology optimization methods. In tradition strut-and-tie model designs find the appropriate strut-and-tie trusses along force paths with respect to elastic stress distribution, and then engineers or designers determine the most proper truss models by experience and intuition. It is linked to a trial-and-error procedure based on heuristic strategies. The presented strut-and tie model design by using SIMP provides that belt truss models are automatically and robustly produced by optimal layout information of struts-and-ties conforming to force paths without any trial-and-error. Numerical applications are studied to verify that outrigger belt trusses for tall buildings are optimally chosen by the proposed method for both static and dynamic responses.
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.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.19
no.4
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pp.457-463
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2009
In this paper, a novel foot force distribution algorithm for hexapod walking robots is presented. The considered hexapod robot has fault-tolerant tripod gaits with a failed leg in locked-joint failure. The principle of the proposed algorithm is to minimize the slippage of the leg that determines the stability margin of the fault-tolerant gaits. The fault-tolerant tripod gait has a drawback that it has less stability margin than normal gaits. Considering this drawback, we use the feature that there are always three supporting legs, and by incorporating the theory of Zero-Interaction Force, we calculate the foot forces analytically without resort to any optimization technique. In a case study, the proposed algorithm is compared with a conventional foot force distribution method and its applicability is demonstrated.
The objective of this paper is to decide optimal location of pin-hole to minimize stress concenstation around hole in rotating disc. The focus of this investigation is to evaluate the effect of pin-hole for stress distribution around hole using optimum design technic and finite element analysis. Design variables are radial and angular location of pin-hole from center of hole, objective function is maximum stress around hole in rotating disc. We use first order method of optimization technic.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.6
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pp.131-138
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2004
The objective of this paper is to decide optimal location of a pin-hole to minimize stress concentration around the hole in a rotating disc. The focus of this investigation is to evaluate the effect of pin-hole on stress distribution around the hole using optimum design technique and finite element analysis. Design variables are the radial and the angular location of pin-hole from center of the hole and objective function is the maximum stress around hole in a rotating disc. Using first order method of optimization technique, we found that the maximum equivalent stress around the hole with optimized pin-hole could be reduced by 15.1% compared to that without pin-hole.
To reduce stress concentration around the intersection between a spherical pressure vessel and a cylindrical nozzle under various load conditions using less material, the optimization for the distribution of reinforcement has researched. The ranked bidirectional evolutionary structural optimization(R-BESO) method is developed recently, which adds elements based on a rank, and the performance indicator which can estimate a fully stressed model. The R-BESO method can obtain the optimum design using less iteration number than iteration number of the BESO. In this paper, the optimized intersection shape is sought using R-BESO method for a flush and a protruding nozzle. The considered load cases are a radial compression, torque and shear force.
A variable blank holding force method is proposed to improve deep drawing characteristics of sheet materials. In this method, the blank holding force (BHF) is controlled throughout a drawing process so that the punch load does not exceed a critical value, which is slightly less than the conventional process with the conforming process with the variable BHF is more flexible than the conventional process with the constant BHF and it could be used for improving the product's quality and drawability. In this paper we suggest a method controlling the BHF as a function of punch travel during the forming process. The optimization BHF curves are determined theoretically and experimentally. It is concluded that for the case of optimum BHF control methods the drawn cup height and the drawing formability achieved by this method are increased than those for constant BHF method. Also, as comparing the wall thickness distribution of the cup drawn by the constant BHF and the optimum BHF control, the BHF control reduce the wall thickness variation of the drawn cup at the cup wall and make the cup thickness distribution more uniformly than the constant BHF.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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