Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.50
no.7
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pp.445-454
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2022
Ice accretion on the aircraft components, such as wings, fuselage, and empennage, can occur when the aircraft encounters a cloud zone with high humidity and low temperature. The prevention of ice accretion is important because it causes a decrease in the aerodynamic performance and flight stability, thus leading to fatal safety problems. In this study, a shape design optimization of a multi-element airfoil is performed to minimize the amount of ice accretion on the high-lift device including leading-edge slat, main element, and trailing-edge flap. The design optimization framework proposed in this paper consists of four major parts: air flow, droplet impingement and ice accretion simulations and gradient-free optimization algorithm. Reynolds-averaged Navier-Stokes (RANS) simulation is used to predict the aerodynamic performance and flow field around the multi-element airfoil at the angle of attack 8°. Droplet impingement and ice accretion simulations are conducted using the multi-physics computational analysis tool. The objective function is to minimize the total mass of ice accretion and the design variables are the deflection angle, gap, and overhang of the flap and slat. Kriging surrogate model is used to construct the response surface, providing rapid approximations of time-consuming function evaluation, and genetic algorithm is employed to find the optimal solution. As a result of optimization, the total mass of ice accretion on the optimized multielement airfoil is reduced by about 8% compared to the baseline configuration.
In this paper, for efficiently reducing the computational cost of the model updating during the optimization process of damage detection, the structural response is evaluated using properly trained surrogate model. Furthermore, in practice uncertainties in the FE model parameters and modelling errors are inevitable. Hence, an efficient approach based on Monte Carlo simulation is proposed to take into account the effect of uncertainties in developing a surrogate model. The probability of damage existence (PDE) is calculated based on the probability density function of the existence of undamaged and damaged states. The current work builds a framework for Probability Based Damage Detection (PBDD) of structures based on the best combination of metaheuristic optimization algorithm and surrogate models. To reach this goal, three popular metamodeling techniques including Cascade Feed Forward Neural Network (CFNN), Least Square Support Vector Machines (LS-SVMs) and Kriging are constructed, trained and tested in order to inspect features and faults of each algorithm. Furthermore, three wellknown optimization algorithms including Ideal Gas Molecular Movement (IGMM), Particle Swarm Optimization (PSO) and Bat Algorithm (BA) are utilized and the comparative results are presented accordingly. Furthermore, efficient schemes are implemented on these algorithms to improve their performance in handling problems with a large number of variables. By considering various indices for measuring the accuracy and computational time of PBDD process, the results indicate that combination of LS-SVM surrogate model by IGMM optimization algorithm have better performance in predicting the of damage compared with other methods.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.24
no.1
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pp.31-43
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2021
In this study, approximate design optimization using various meta-models was performed for the structural design of active type deck support frame. The active type deck support frame was newly developed to facilitate both transportation and installation of 20,000 ton class offshore plant topside. Structural analysis was carried out using the finite element method to evaluate the strength performance of the active type deck support frame in its initial design stage. In the structural analysis, the strength performances were evaluated for various design load conditions that were regulated in ship classification organization. The approximate optimum design problem based on meta-model was formulated such that thickness sizing variables of main structure members were determined by achieving the minimum weight of the active type deck support frame subject to the strength performance constraints. The meta-models used in the approximate design optimization were response surface method, Kriging model, and Chebyshev orthogonal polynomials. The results from approximate design optimization were compared to actual non-approximate design optimization. The Chebyshev orthogonal polynomials among the meta-models used in the approximate design optimization represented the most pertinent optimum design results for the structure design of the active type deck support frame.
In this paper, the meta-model based approximate optimization was carried out for the structure design of an ocean automatic salt collector in order to minimize the structure weight. The structural analysis was performed by using the finite element method to evaluate the strength performance of the ocean automatic salt collector in its initial design. In the structural analysis, it was evaluated the strength performance of the design load conditions. The optimum design problem was formulated so that design variables of main structure thickness would be determined by minimizing the structure weight subject to strength performance constraints. The meta-models used in the approximate optimization were the response surface method, Kriging model, and Chebyshev orthogonal polynomials. Regarding to the numerical characteristics, the solution results from approximate optimization techniques were compared to the results of non-approximate optimization. The Chebyshev orthogonal polynomials among the meta-models used in the approximate optimization showed the most appropriate optimum design results for the structure design of the ocean automatic salt collector.
Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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v.25
no.4
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pp.49-62
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2022
Borehole Data is geotechnical information provided so that workers can safely perform construction at the field. It creates 3D data and supports viewing as a 3D image. Currently, all Korean companies that develop programs using 3D visualization use the MVS program developed by C Tech Development Corporation. However, the MVS program is a commercial program, and it is difficult to use MVS in 3D related programs developed by Korean Companies. In this paper, we propose to develop a program that can replace MVS to generate a 3D stratum model from clustered borehole information using Python's Gempy open-source. The 3D stratum model program can creates point data for each stratum and can creates a surface for each stratum through interpolation. Then, the 3D stratum model program is completed by merging the surfaces of each stratum. It was confirmed that there was no difference when a 3D model was created and compared with the MVS program and the proposed program from the borehole data of a Goyang area.
Park, Young-Un;So, Ji-Young;Chung, Dong-Hwa;Yoo, Yong-Min;Cho, Ju-Hee;Ahn, Kang-Soon;Kim, Dae-Kyong
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.62
no.11
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pp.1528-1534
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2013
This paper proposes the optimal design of stator shape for cogging torque reduction of single-phase brushless DC (BLDC) motor with asymmetric notch. This method applied size and position of asymmetric notches to tapered teeth of stator for single-phase BLDC motor. Which affects the variation of the residual flux density of the permanent magnet. The process of optimal design included the extraction of the sampling point by using Latin Hypercube Sampling(LHS), and involved the creation of an approximation model by using kriging method. Also, the optimum point of the design variables were discovered by using the Genetic Algorithm(GA). Finite element analysis was used to calculate the characteristics analysis and cogging torque. As a result of finite element analysis, cogging torque were reduced approximately 39.2% lower than initial model. Also experimental result were approximately 38.5% lower than initial model. The period and magnitude of the cogging torque were similar to the results of FEA.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.36
no.6
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pp.653-663
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2012
The study considers the high maneuverability flight and path optimization is conducted to investigate the appropriate generation of the lift and thrust considering the angle of the stroke plane. The path optimization problem is defined according to the various purposes of the high maneuverability flight. The flying purposes are to maximize thrust force, lift force and both lift and thrust forces. The flapping motion of the airfoil is made by a combined sinusoidal plunging and pitching motion in each problem. The optimization process is carried out by using well-defined surrogate models. The surrogate model is determined by the results of two-dimensional computational fluid dynamics analysis. The Kriging method is used to make the surrogate model and a genetic algorithm is utilized to optimize the surrogate model. The optimization results show the flapping motions for the high maneuverable flight. The effects on the generation of lift and thrust forces are confirmed by analyzing the vortex.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.16
no.2
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pp.7-15
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2017
Recently, an electricity sensor system has been installed and operated to prevent failures and accidents by identifying whether a transformer is normal in advance of failure. This electricity sensor system is able to both measure and monitor the transformer's power and voltage remotely and send information to a manager when unusual operation is discovered. However, a battery is required to operate power detection devices, and battery systems need ongoing management such as regular replacement. In addition, at a maintenance cost, occasional human resources and worker safety problems arise. Accordingly, we apply a linear electromagnetic generator using vibration energy from a transformer for an electric sensor system's drive in this research and we conduct optimal design to maximize the linear electromagnetic generator's power. We consider design variables using the provided design method from Process Integration, Automation, and Optimization (PIAnO), which is common tool from process integration and design optimization (PIDO). In addition, we analyze the experiment point from the design of the experiments using "MAXWELL," which is a common electromagnet analysis program. We then create an approximate model and conduct accuracy verification. Finally, we determine the optimal model that generates the maximum power using the proven approximate kriging model and evolutionary optimization algorithm, which we then confirm via simulation.
Spatial downscaling with fine resolution auxiliary variables has been widely applied to predict precipitation at fine resolution from coarse resolution satellite-based precipitation products. The spatial downscaling framework is usually based on the decomposition of precipitation values into trend and residual components. The fine resolution auxiliary variables contribute to the estimation of the trend components. The main focus of this study is on quantitative analysis of impacts of trend component estimates on predictive performance in spatial downscaling. Two regression models were considered to estimate the trend components: multiple linear regression (MLR) and geographically weighted regression (GWR). After estimating the trend components using the two models,residual components were predicted at fine resolution grids using area-to-point kriging. Finally, the sum of the trend and residual components were considered as downscaling results. From the downscaling experiments with time-series Tropical Rainfall Measuring Mission (TRMM) 3B43 precipitation data, MLR-based downscaling showed the similar or even better predictive performance, compared with GWR-based downscaling with very high explanatory power. Despite very high explanatory power of GWR, the relationships quantified from TRMM precipitation data with errors and the auxiliary variables at coarse resolution may exaggerate the errors in the trend components at fine resolution. As a result, the errors attached to the trend estimates greatly affected the predictive performance. These results indicate that any regression model with high explanatory power does not always improve predictive performance due to intrinsic errors of the input coarse resolution data. Thus, it is suggested that the explanatory power of trend estimation models alone cannot be always used for the selection of an optimal model in spatial downscaling with fine resolution auxiliary variables.
In this paper, we introduce the linear regression model taking the parametric spatial association structure into account and employ it to five-year averaged wind speed data measured at 460 meteorological monitoring stations in South Korea. From the prediction map obtained by the model with spatial association parameters, we can see that inland area has smaller wind speed than coastal regions. When comparing the spatial linear regression model with classical one by using one-leave-out cross-validation, the former outperforms the latter in terms of similarity between the observations and the corresponding predictions and coverage rate of 95% prediction intervals.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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