International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.7
no.1
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pp.142-156
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2015
A new method for ship Inner Shell optimization, which is called Parametric Inner Shell Optimization Method (PISOM), is presented in this paper in order to improve both hull performance and design efficiency of transport ship. The foundation of PISOM is the parametric Inner Shell Plate (ISP) model, which is a fully-associative model driven by dimensions. A method to create parametric ISP model is proposed, including geometric primitives, geometric constraints, geometric constraint solving etc. The standard optimization procedure of ship ISP optimization based on parametric ISP model is put forward, and an efficient optimization approach for typical transport ship is developed based on this procedure. This approach takes the section area of ISP and the other dominant parameters as variables, while all the design requirements such as propeller immersion, fore bottom wave slap, bridge visibility, longitudinal strength etc, are made constraints. The optimization objective is maximum volume of cargo oil tanker/cargo hold, and the genetic algorithm is used to solve this optimization model. This method is applied to the optimization of a product oil tanker and a bulk carrier, and it is proved to be effective, highly efficient, and engineering practical.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.44
no.5
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pp.542-550
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2007
A geometry modification is one of main keys in achieving a successful optimization. The optimized hull form generated from the geometry modification should be a realistic, faired form from the ship manufacturing point of view. This paper presents a practical hull optimization procedure using a parametric modification function. In the parametric modification function method, the initial ship geometry was easily deformed according to the variations of design parameters. For example, bulbous bow can be modified with several parameters such as bulb area, bulb length, bulb height etc. Design parameters are considered as design variables to modify hull form, which can reduce the number of design variables in optimization process and hence reduce its time cost. To verify the use of the parametric modification function, optimization for KCS was performed at its design speed (FN=0.26) and the wave making resistance is calculated using a well proven potential code with fully nonlinear free surface conditions. The design variables used are key design parameters such as Cp curve, section shape and bulb shape. This study shows that the hull form optimized by the parametric modification function brings 7.6% reduction in wave making resistance. In addition, for verification and comparison purpose, a direct geometry variation method using a bell-shape modification function is used. It is shown that the optimal hull form generated by the bell-shaped modification function is very similar to that produced by the parametric modification function. However, the total running time of the parametric optimization is six times shorter than that of the bell shape modification method, showing the effectiveness and practicalness from a designer point of view in ship yards.
The paper presents an optimization system which integrates a parametric design tool, 3D diffraction-radiation analysis and hydrodynamic performance assessment based on short and long term wave statistics. Controlled by formal optimization strategies the system is able to design offshore structure hulls with superior seakeeping qualities. The parametric modeling tool enables the designer to specify the geometric characteristics of the design from displacement over principal dimensions down to local shape properties. The computer generates the hull form and passes it on to the hydrodynamic analysis, which computes response amplitude operators (RAOs) for forces and motions. Combining the RAOs with short and long-term wave statistics provides a realistic assessment of the quality of the design. The optimization algorithm changes selected shape parameters in order to minimize forces and motions, thus increasing availability and safety of the system. Constraints ensure that only feasible designs with sufficient stability in operation and survival condition are generated. As an example the optimization study of a semisubmersible is discussed. It illustrates how offshore structures can be optimized for a specific target area of operation.
A cantilever beam with a breathing crack is studied to improve the breathing crack identification sensitivity by the parametric optimization of sample entropy and wavelet transformation. Crack breathing is a special bi-linear phenomenon experienced by fatigue cracks which are under dynamic loadings. Entropy is a measure, which can quantify the complexity or irregularity in system dynamics, and hence employed to quantify the bi-linearity/irregularity of the vibration response, which is induced by the breathing phenomenon of a fatigue crack. To improve the sensitivity of entropy measurement for crack identification, wavelet transformation is merged with entropy. The crack identification is studied under different sinusoidal excitation frequencies of the cantilever beam. It is found that, for the excitation frequencies close to the first modal frequency of the beam structure, the method is capable of detecting only 22% of the crack depth percentage ratio with respect to the thickness of the beam. Using parametric optimization of sample entropy and wavelet transformation, this crack identification sensitivity is improved up to 8%. The experimental studies are carried out, and experimental results successfully validate the numerical parametric optimization process.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.12
no.1
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pp.711-722
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2020
An optimization framework using genetic algorithms has been developed towards an automated parametric optimization of the Octabuoy semi-submersible design. Compared with deep draft production units, the design of the shallow draught Octabuoy semi-submersible provides a floating system with improved motion characteristics, being less susceptible to vortex induced motions in loop currents. The relatively large water plane area results in a decreased natural heave period, which locates the floater in the wave period range with more wave energy. Considering this, the hull design of Octabuoy semi-submersible has been optimized to improve the floater's motion performance. The optimization has been conducted with optimized parameters of the pontoon's rectangular cross section area, the cone shaped section's height and diameter. Through numerical evaluations of both the 1st-order and 2nd-order hydrodynamics, the optimization through genetic algorithms has been proven to provide improved hydrodynamic performance, in terms of heave and pitch motions. This work presents a meaningful framework as a reference in the process of floating system's design.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.21
no.10
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pp.1561-1570
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1997
This study explores the treatment of the max-value cost function over a parameter interval in parametric optimization. To avoid the computational burden of the transformation treatment using an artificial variable, a direct treatment of the original max-value cost function is proposed. It is theoretically shown that the transformation treatment results in demanding an additional equality constraint of dual variables as a part of the Kuhn-Tucker necessary conditions. Also, it is demonstrated that the usability and feasibility conditions on the search direction of the transformation treatment retard convergence rate. To investigate numerical performances of both treatments, typical optimization algorithms in ADS are employed to solve a min-max steady-state response optimization. All the algorithm tested reveal that the suggested direct treatment is more efficient and stable than the transformation treatment. Also, the better performing of the direct treatment over the transformation treatment is clearly shown by constrasting the convergence paths in the design space of the sample problem. Six min-max transient response optimization problems are also solved by using both treatments, and the comparisons of the results confirm that the performances of the direct treatment is better than those of the tranformation treatment.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.8
no.5
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pp.466-474
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2016
The model tests results for the original lines of an 10000TEU container vessel show that the delivered power is higher and could not satisfy the requirement of energy saving effects and design targets. In this paper, the lines optimization of the 10,000 twin-skeg container vessel was carried out by parametric modeling and CFD simulations. At first, the CFD methods for twin-skeg hull form were validated by the comparison with the experimental results. Then more than one hundred parameters were adopted for the establishment of the fully parametric model. Based on the parametric model of the twin-skeg container vessel, the preliminary optimization was carried out by tight coupling of FRIENDSHIP-FRAMEWORK with potential flow of SHIPFLOW. Then several important parameters related to the after part of twin-skeg vessel were investigated by viscous flow computation. The final optimized variant PM11, which the total resistance was reduced by about 8.3% in model scale, is obtained within the constraints of general arrangement. And the model tests for variant PM11 was carried out in CSSRC, which shows that the resistance of optimized variant PM11 is decreased by about 8.6%.
Mahmoud T. Nawar;Ehab B. Matar;Hassan M. Maaly;Ahmed G. Alaaser;Osman Hamdy
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.1
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pp.43-52
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2023
This paper handles the results of an extensive parametric study on the rotational stiffness of the flexible base connection using ABAQUS program. The results of the parametric study show the relation between the applied moment and the relative rotation for 96 different base connections. The configurations of the studied connections considered different numbers, diameters, and spacing of the anchor bolts along with different thicknesses of the base plate to investigate the effect of these parameters on the rotational stiffness behavior. The results of the previous parametric research used through the whale optimization algorithm (WOA) to detect different equation formulation of the moment-rotation (M-Ɵr) equation to detect optimum equation simulates the general nonlinear rotational behavior of the flexible base connection considering all variables used in the parametric study. WOA is a relatively new promising algorithm, which is used in different types of optimization problems. For more verification, the classical genetic algorithm (GA) is used to make a comparison with WOA results. The results show that WOA is capable of getting an optimum equation of the M-Ɵr relation, which can be used to simulate the actual rotational stiffness of the flexible base connections. The rotational stiffness at H/150 can be calculated using WOA (1) method and be used as a design aid for engineering design.
In preliminary ship design, a parametric study is a more realistic way to explore design space and analyze design problem than an optimization technique due to time-consuming computational work or a difficulty in incorporating all constraints into the optimization formulation. In the parametric study, feasible alternatives are examined in various aspects; the best one can be selected. Among the aspects, the strength assessment by FE analysis is an essential process in the ship design. This paper proposes a system to facilitate a parametric study for FE model based on design of experiment (DOE). It works on a FE pre-processor environment and assists a user to define a parametric study by interacting with FE model. It also provides an interface module with a FE solver in order to control the input file and extract predefined FE results from the output file. Based on the proposed system, a better understating and a better design are expected to be achieved.
An optimization framework has been established and applied to a shipshape parametric FPSO hull design. A single point moored (SPM) shipshape floating system suffers a significant level of the roll motion in both the wave frequencies and low wave frequencies, which presents a coupling effect with the horizontal weathervane motion. To guarantee the security of the operating instruments installed onboard, a parametric hull design of an FPSO has been optimized with improved hydrodynamics performance. With the optimized parameters of the various hull stations' longitudinal locations, the optimization through Genetic Algorithms (GAs) has been proven to provide a significantly reduced level of the 1st-order and 2nd-order roll motion. This work presents a meaningful framework as a reference in the process of an SPM shipshape floating system's design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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