Khatir, S.;Khatir, T.;Boutchicha, D.;Le Thanh, C.;Tran-Ngoc, H.;Bui, T.Q.;Capozucca, R.;Abdel-Wahab, M.
Smart Structures and Systems
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v.25
no.5
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pp.605-617
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2020
The existence of damages in structures causes changes in the physical properties by reducing the modal parameters. In this paper, we develop a two-stages approach based on normalized Modal Strain Energy Damage Indicator (nMSEDI) for quick applications to predict the location of damage. A two-dimensional IsoGeometric Analysis (2D-IGA), Machine Learning Algorithm (MLA) and optimization techniques are combined to create a new tool. In the first stage, we introduce a modified damage identification technique based on frequencies using nMSEDI to locate the potential of damaged elements. In the second stage, after eliminating the healthy elements, the damage index values from nMSEDI are considered as input in the damage quantification algorithm. The hybrid of Teaching-Learning-Based Optimization (TLBO) with Artificial Neural Network (ANN) and Particle Swarm Optimization (PSO) are used along with nMSEDI. The objective of TLBO is to estimate the parameters of PSO-ANN to find a good training based on actual damage and estimated damage. The IGA model is updated using experimental results based on stiffness and mass matrix using the difference between calculated and measured frequencies as objective function. The feasibility and efficiency of nMSEDI-PSO-ANN after finding the best parameters by TLBO are demonstrated through the comparison with nMSEDI-IGA for different scenarios. The result of the analyses indicates that the proposed approach can be used to determine correctly the severity of damage in beam structures.
Park, Sung-Ho;Jeon, Dong-Hwan;Yun, Sung-Phil;Chung, Seok-Woo;Choi, Ho-Kyung;Lee, Si-Hyun
Clean Technology
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v.20
no.3
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pp.298-305
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2014
Ash included in coal can cause environmental pollution and it can decrease efficiency of mass and heat transfer by getting scorched and stick in the facilities operated at high temperature. To solve this problem, a feasibility study on pulverized coal fired power plant and integrated gasification combined cycle (IGCC) using the AFC (Ash-Free Coal) as well as the development to remove the ash from the coal was conducted. In this research, optimization of operating condition was proposed by using sensitivity analysis of ASPEN $Plus^{(R)}$ to apply the coal containing under the 200 ppm ash for integrated gasification combined cycle. Particularly, the coal gasification process was classified as three parts : pyrolysis process, volatile matter combustion process and char gasification process. The dimension and operating condition of 1.5 ton/day class non-slagging gasifier are reflected in the coal gasification process model.
In this study, the optimum parameters of Tuned Mass Dampers (TMDs) are proposed using Gravity Search Algorithm (GSA) and Particle Swarm Optimization (PSO) to reduce the responses of the structures. A MATLAB program is developed to apply the new approach to the benchmark 10 and 40-story structures. The obtained results are compared to those of other optimization methods used in the literature to verify the developed code. To show the efficiency and accuracy of the proposed methods, nine far-field and near-field worldwide earthquakes are applied to the structures. The results reveal that in the 40-story structure, GSA algorithm can reduce the Relative Displacement (RD) and Absolute Acceleration (AA) up to 43% and 21%, respectively while the PSO decreases them by 50% and 25%, respectively. In contrast, both GSA and PSO algorithms reduce the RD and AA about 29% and 21% for the 10-story structure. Furthermore, using the proposed approach the required TMD parameters reduce by 47% and 63% in the 40 and 10-story buildings in comparison with the referenced ones. Result evaluation and related comparison indicate that these methods are more effective even by using smaller TMD parameters resulting in the reduction of acting force from TMD, having smaller stiffness and damping factors while being more cost effective due to its decreased parameters. In other words, the TMD with optimum parameters can play a positive role in both tall and typical structures.
Dual energy computed tomography (DECT) is used to classify two materials and quantify the mass density of each material in the human body. An energy modulation filter based DECT could acquire two images, which are generated by the low- and high-energy photon spectra, in one scan, with one tube and detector. In the case of DECT using the energy modulation filter, the filter should perform the optimization process for the type of materials and thicknesses for generating two photon spectra. In this study, Geant4 Monte-Carlo simulation toolkit was used to execute the optimization process for determining the property of the energy modulation filter. In the process, various materials used for the energy modulation filter are copper (Cu, $8.96g/cm^3$), niobium (Nb, $8.57g/cm^3$), stannum (Sn, $7.31g/cm^3$), gold (Au, $19.32g/cm^3$), and lead (Pb, $11.34g/cm^3$). The thickness of the modulation filter varied from 0.1 mm to 1.0 mm. To evaluate the overlap region of the low- and high-energy spectrum, Geant4 Monte-Carlo simulation is used. The variation of the photon flux and the mean energy of photon spectrum that passes through the energy modulation filter are evaluated. In the primary photon spectrum of 80 kVp, the optimal modulation filter is a 0.1 mm lead filter that can acquire the same mean energy of 140 kVp photon spectrum. The lead filter of 0.1 mm based dual energy CBCT is required to increase the tube current 4.37 times than the original tube current owing to the 77.1% attenuation in the filter.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.38
no.5
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pp.575-584
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2014
In this study, the NREL 5 MW wind turbine tower model was optimized according to the multi-body dynamics and reliability-based design. The mathematical model was defined as a link-joint system including dynamic characteristics derived from Timoshenko's beam theory. For the optimization problem, the sensitivities to variations in the tower thicknesses and inner and outer diameters were acquired and arranged in terms of safety and efficiency according to bending stress and buckling standards. An optimal design was calculated with the advanced first-order second moment method and used to define a finite element model for validation. The finite element model was simulated by static analysis. The relationship between the multi-body dynamic and finite element method throughout the process was investigated, and the optimal model, which had high endurance despite its low mass, was determined.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.31
no.6
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pp.301-308
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2018
This paper presents an optimal design method of a hybrid structural control system considering multi-hazard. Unlike a typical structural control system in which one system is designed for one specific type of hazard, a simultaneous optimal design method for both active and passive control systems is proposed for the mitigation of seismic and wind induced vibration responses of structures. As a numerical example, an optimal design problem is illustrated for a hybrid mass damper(HMD) and 30 viscous dampers which are installed on a 30 story building structure. In order to solve the optimization problem, a self-adaptive Harmony Search(HS) algorithm is adopted. Harmony Search algorithm is one of the meta-heuristic evolutionary methods for the global optimization, which mimics the human player's tuning process of musical instruments. A self-adaptive, dynamic parameter adjustment algorithm is also utilized for the purpose of broad search and fast convergence. The optimization results shows that the performance and effectiveness of the proposed system is superior with respect to a reference hybrid system in which the active and passive systems are independently optimized.
Journal of Korea Society of Industrial Information Systems
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v.29
no.3
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pp.41-49
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2024
In this paper, we validate simulation results for the design optimization of a Superconducting Fault Current Limiter (SFCL) intended for use in Medium Voltage Direct Current systems (MVDC). With the increasing integration of renewable energy and grid connections, researchers are focusing on medium-voltage systems for balancing energy in new and renewable energy networks, rather than traditional transmission or distribution networks. Specifically, for DC distribution networks dealing with fault currents that must be rapidly blocked, current-limiting systems like superconducting current limiters offer distinct advantages over the operation of DC circuit breakers. The development of such superconducting current limiters requires finite element analysis (FEM) and an extensive design process before prototype production and evaluation. To expedite this design process, the design outcomes are assimilated using a Reduced Order Model (ROM). This approach enables the verification of results akin to finite element analysis, facilitating the optimization of design simulations for production and mass production within existing engineering frameworks.
Park, Kyung-Eun;Lee, Dong-Kyu;Kwon, Sung Won;Lee, Mi-Young
Analytical Science and Technology
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v.25
no.5
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pp.292-299
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2012
GC/MS has been utilized for many applications due to great resolution and reproducibility, which made it possible to build up the database of mass spectrum, while HS-SPME has the advantage of solventfree extraction of volatile compounds. The combination of these two methods, HS-SPME GC/MS, enabled many scientific applications with various possibilities. In this study, the analysis of trail pheromone excreted from live Camponotus japonicus with the feature of solvent-free extraction was carried out and the optimization for this analysis was performed. The major compounds detected were n-decane, n-undecane, and n-tridecane. Optimization for the best detection of these hydrocarbons was processed in the point of SPME parameter (selection of fiber, extraction temperature, extraction time, etc.). The advantage of the analysis of live sample is to analyze phenomenon right after it is excreted by ants. But the experimental process has restriction of extraction temperature and time because of the analysis of live ants. Establishing the process of HS-SPME GC/MS applied to live samples shown in this study can be a breakthrough for the ecofriendly and ethical research of live things.
Yoo, Sun-Kyun;Brown, Ian;Cohen, Nancy;Gaugler, Randy
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.11
no.4
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pp.644-648
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2001
The biological control potential of entomopathogenic nematodes (EPN) can be enhanced by improved culture efficiency. Optimization of the media is a key factor for improving in vitro mass production of entomopathogenic nematodes. This study reports the effect of medium concentration. The medium is a combination of carbohydrates, lipids, proteins, sats, and growth factors, on the growth of Heterorhabditis bacteriophora and its symbiotic bacterium Photorhabdus liminescens. The overall optimal medium concentration for nematode recovery, hermaphrodite size, bacterial mass, infective juveniles (IJs) yield, and doubling time was 84 g/l. At this concentration rate, the doubling time of IJs production and the biomass of symbiotic bacteria was 1.6 days and 12.8 g/l, respectively. The maximum yield of $2.4{\times}{10^5}IJs/ml$ was attained within a one-generation cycle (eight days). The yield coefficient was $2.8{\times}{10^6}$ IJs/g medium, and the maximum productivity was $3.1{\times}{10^7}$ IJs per day. Medium concentration affected two independent factors, recovery and hermaphrodite size, which in turn influenced the final yield.
In ethanol fermentation, by-products such as glycerol, acetic acid and lactic acid are produced along with ethanol. The effects of culture conditions on cell growth ethanol production and by-products biosynthesis were investigated in ethanol fermentation using S. cerevisiae. With increasing aeration rate or yeast extract concentration, ethanol and by-products biosynthesis decreased while final cell mass increased. With increasing glucose concentration or decreasing temperature, final cell mass, ethanol and by-products concentrations all increased. The optimal pH for the cell growth, ethanol and by-products productions was found to be pH 4.5. By-products biosynthesis was found, in general, to proceed with the ethanol biosynthesis. The results can be applied for the optimization of ethanol fermentation and for the recovery and purification of ethanol from the culture broth.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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