The paper deals with strength design of a riser support installed on floating production storage and offloading (FPSO) vessel under various loading conditions - operation, extreme, damaged, one line failure case (OLFC) and installation. The design problem is formulated such that thickness sizing variables are determined by minimizing the weight of a riser support structure subject to stresses constraints. The initial design model is generated based on an actual FPSO riser support specification. The finite element analysis (FEA) is conducted using MSC/NASTRAN, and optimal solutions are obtained via moving least squares method (MLSM) in the context of response surface based approximate optimization. For the meta-modeling of inequality constraint functions of stresses, a constraint-feasible moving least squares method (CF-MLSM) is used in the present study. The method of CF-MLSM, compared to a conventional MLSM, has been shown to ensure the constraint feasibility in a case where the approximate optimization process is employed. The optimization results present improved design performances under various riser operating conditions.
For effective construction of second-order response surface models, an efficient quad ratic approximation method is proposed in the context of trust region model management strategy. In the proposed method, although only the linear and quadratic terms are uniquely determined using 2n+1 design points, the two-factor interaction terms are mathematically updated by normalized quasi-Newton formula. In order to show the numerical performance of the proposed approximation method, a sequential approximate optimizer is developed and solves a typical unconstrained optimization problem having 2, 6, 10, 15, 30 and 50 design variables, a gear reducer system design problem and two dynamic response optimization problems with multiple objectives, five objectives for one and two objectives for the other. Finally, their optimization results are compared with those of the CCD or the 50% over-determined D-optimal design combined with the same trust region sequential approximate optimizer. These comparisons show that the proposed method gives more efficient than others.
Robust design has been developed with the expectation that an insensitive design can be realized. That is, a product designed by robust design should be insensitive to external noises or tolerances. Robust design can be classified into three methods: (1) The Taguchi method (2) robust optimization (3) robust design by the axiomatic approach. In this paper, each method is reviewed and investigated. Pros and cons fur each method are discussed and a future direction for development is proposed.
In practical designs, most of the multidisciplinary problems have a large-size and complicate design system. Since multidisciplinary problems have hundreds of analyses and thousands of variables, the grouping of analyses and the order of the analyses in the group affect the speed of the total design cycle. Therefore, it is very important to reorder and regroup the original design processes in order to minimize the total computational cost by decomposing large multidisciplinary problems into several multidisciplinary analysis subsystems (MDASS) and by processing them in parallel. In this study, a new decomposition method is proposed for parallel processing of multidisciplinary design optimization, such as collaborative optimization (CO) and individual discipline feasible (IDF) method. Numerical results for two example problems are presented to show the feasibility of the proposed method.
Park, Dong-Hoon;Kim, Min-Soo;Kim, Jong-Rip;Jeon, Jae-Young
Journal of Mechanical Science and Technology
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제15권9호
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pp.1257-1267
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2001
For efficient mechanical system optimization, a new two-point approximation method is presented. Unlike the conventional two-point approximation methods such as TPEA, TANA, TANA-1, TANA-2 and TANA-3, this introduces the shifting level into each exponential intervening variable to avoid the lack of definition of the conventional exponential intervening variables due to zero-or negative-valued design variables. Then a new quadratic approximation whose Hessian matrix has only diagonal elements of different values is proposed in terms of these shifted exponential intervening variables. These diagonal elements are determined in a closed form that corrects the typical error in the approximate gradient of the TANA series due to the lack of definition of exponential type intervening variables and their incomplete second-order terms. Also, a correction coefficient is multiplied to the pre-determined quadratic term to match the value of approximate function with that of the previous point. Finally, in order to show the numerical performance of the proposed method, a sequential approximate optimizer is developed and applied to solve six typical design problems. These optimization results are compared with those of TANA-3. These comparisons show that the proposed method gives more efficient and reliable results than TANA-3.
Park, Jae-Weon;Yoo, Wan-Suk;Lee, Suk;Im, Ki-Hong;Park, Jin-Young
Journal of Mechanical Science and Technology
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제17권4호
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pp.484-491
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2003
For most of linear time-varying (LTV) systems, it is difficult to design time-varying controllers in analytic way. Accordingly, by approximating LTV systems as uncertain linear time-invariant, control design approaches such as robust control have been applied to the resulting uncertain LTI systems. In particular, a robust control method such as quantitative feedback theory (QFT) has an advantage of guaranteeing the frozen-time stability and the performance specification against plant parameter uncertainties. However, if these methods are applied to the approximated linear. time-invariant (LTI) plants with large uncertainty, the resulting control law becomes complicated and also may not become ineffective with faster dynamic behavior. In this paper, as a method to enhance the fast dynamic performance of LTV systems with bounded time-varying parameters, the approximated uncertainty of time-varying parameters are reduced by the proposed QFT parameter-scheduling control design based on radial basis function (RBF) networks.
Die design of die casting is composed of selection of cast alloy, design of die casting product, runner design and gate design, etc. In reality, however, die design of die casting has been performed by trial and error method, which cause economic and financial loss. Nowadays, several FEM(finite element method) and FDM(finite difference method) codes have been developed to analyze process of die casting, but this is just confined to an offer of limited information for die design of die casting. In this study, die design system for gate of die casting process has been developed to present algorithm for automation of die design, especially runner-gate system. In addition, specific rules for runner-gate system have been presented to avoid too many trials and errors with expensive equipment. It is possible for engineers to make automatic and efficient die design of die casting and it will result in reduction of expense and time to be required.
The measurement of residual stresses by the hole-drilling method has been commonly used to evaluate residual stresses in structural members. In this method, eccentricity can usually occur between the hole center and rosette gage center. In this study, the error due to the hole eccentricity is predicted using the artificial neural network. The neural network has trained training examples of stress ratio, normalized eccentricity, off-centered direction and stress error using backpropagation learning process. The prediction results of the error using the trained neural network are good agreement with FE analyzed ones.
This paper describes a mini linear optical pickup actuator. To reduce the size, inner yokes are designed to guide the mover and outer yokes of permanent magnets are removed. Magnetic circuit method is used to determine the thrust force. Virtual path method is proposed to analyze the open magnetic circuit analysis. The magnetic circuit of the proposed actuator can be a closed circuit due to the virtual path model of the outer magnetic flux. The validity of virtual path method is evaluated by comparing to the FEM analysis. Structural vibration is investigated using FEM and the design of the mover is modified to improve the vibration characteristic. Dynamic characteristic experiments shows that the performance of the proposed actuator is enough to be used as a coarse and fine seeking actuator simultaneously and the thrust force margin for loading a focusing actuator is guaranteed.
It has many variables and factors to design the friction materials for automotive brake pads. The purpose of this study is to develop the proper method for design of low-cost and to know friction characteristics of each raw materials. For the purpose of examining the effect of each major raw materials, we used the Taguchi L9(3$^4$)orthogonal matrix and 1/5 scale dynamo machine for evaluation of the friction characteristics of composite brake pads. By adapting the Taguchi method, it is easy to investigate the influence of each component in complicated composites friction materials. After analyzing the testing results by the Taguchi method, the effect of factors and levels influenced friction behavior was studied.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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