Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.35
no.10
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pp.1273-1279
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2011
The variable-swash-plate compressor has recently been adopted as a vehicle compressor to improve fuel efficiency. The rotation torque in the variable-swash-plate compressor and the pressure-affected piston have a great influence on the swash-plate design and deformation. This paper suggests the optimal configuration design by using Chebyshev orthogonal polynomial and optimization techniques. The orthogonal array (OA) and analysis of variance (ANOVA) techniques and response surface optimization, are employed to determine the main effects and their optimal design variables. According to the optimal design, we confirm an effective design variable in swash plate and explain the optimal solution, the usefulness for satisfying the constraints of maximum stress and deformation.
Dynamic behavior of flexural-torsional coupled vibration of rotating beams using the Rayleigh-Ritz method with orthogonal polynomials as basis functions is studied. Performance of various orthogonal polynomials is compared to each other in terms of their efficiency and accuracy in determining the required natural frequencies. Orthogonal polynomials and functions studied in the present work are: Legendre, Chebyshev, integrated Legendre, modified Duncan polynomials, the special trigonometric functions used in conjunction with Hermite cubics, and beam characteristic orthogonal polynomials. A total of 5 cases of beam boundary conditions and rotation are studied for their natural frequencies. The obtained natural frequencies and mode shapes are compared to those available in various references and the results for coupled flexural-torsional vibrations are especially compared to both previously available references and with those obtained using NASTRAN finite element package. Among all the examined orthogonal functions, Legendre orthogonal polynomials are the most efficient in overall CPU time, mainly because of ease in performing the integration required for determining the stiffness and mass matrices.
Besides asymptotic method, the method of orthogonal polynomials has been used to obtain the solution of the Fredholm integral equation. The principal (singular) part of the kerne1 which corresponds to the selected domain of parameter variation is isolated. The unknown and known functions are expanded in a Chebyshev polynomial and an infinite a1gebraic system is obtained.
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.
In this paper, it is intended to introduce a method to solve multi-objective optimization problems and to evaluate its performance. In order to verify the performance of this method it is applied for a vertical roller mill for Portland cement. A design process is defined with the compromise decision support problem concept and a design process consists of two steps: the design of experiments and mathematical programming. In this process, a designer decides an object that the objective function is going to pursuit and a non-linear optimization is performed composing objective constraints with practical constraints. In this method, response surfaces are used to model objectives (stress, deflection and weight) and the optimization is performed for each of the objectives while handling the remaining ones as constraints. The response surfaces are constructed using orthogonal polynomials, and orthogonal array as design of experiment, with analysis of variance for variable selection. In addition, it establishes the relative influence of the design variables in the objectives variability. The constrained optimization problems are solved using sequential quadratic programming. From the results, it is found that the method in this paper is a very effective and powerful for the multi-objective optimization of various practical design problems. It provides, moreover, a reference of design to judge the amount of excess or shortage from the final object.
This paper deals with large deformation post-buckling of a linear-elastic and hygrothermal beam with axially nonmovable pinned-pinned ends and subjected to a significant increase in swelling by an alternative method. Analytical approximate solutions for the geometrically nonlinear problem are presented. The solution for the limiting case of a string is also obtained. By coupling of the well-known Maclaurin series expansion and orthogonal Chebyshev polynomials, the governing differential equation with sinusoidal nonlinearity can be reduced to form a cubic-nonlinear equation, and supplementary condition with cosinoidal nonlinearity can also be simplified to be a polynomial integral equation. Analytical approximations to the resulting boundary condition problem are established by combining the Newton's method with the method of harmonic balance. Two approximate formulae for load along axis, potential strain for free hygrothermal expansion and periodic solution are established for small as well as large angle of rotation at the end of the beam. Illustrative examples are selected and compared to "reference" solution obtained by the shooting method to substantiate the accuracy and correctness of the approximate analytical approach.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.33
no.2
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pp.114-126
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2009
In this paper, a versatile multi-criteria optimization concept for fatigue life prediction is introduced. Multi-criteria decision making in engineering design refers to obtaining a preferred optimal solution in the context of conflicting design objectives. Compromise decision support problems are used to model engineering decisions involving multiple trade-offs. These methods typically rely on a summation of weighted attributes to accomplish trade-offs among competing objectives. This paper gives an interpretation of the decision parameters as governing both the relative importance of the attributes and the degree of compensation between them. The approach utilizes a response surface model, the compromise decision support problem, which is a multi-objective formulation based on goal programming. Examples illustrate the concepts and demonstrate their applicability.
In this paper, a versatile multi-objective optimization concept for fatigue life prediction is introduced. Multi-objective decision making in engineering design refers to obtaining a preferred optimal solution in the context of conflicting design objectives. Compromise decision support problems are used to model engineering decisions involving multiple trade-offs. These methods typically rely on a summation of weighted attributes to accomplish trade-offs among competing objectives. This paper gives an interpretation of the decision parameters as governing both the relative importance of the attributes and the degree of compensation between them. The approach utilizes a response surface model, the compromise decision support problem, which is a multi-objective formulation based on goal programming. Examples illustrate the concepts and demonstrate their applicability.
철도차량의 피로수명예측은 안전성과 신뢰성을 확보하고 높은 품질을 위한 중요한 관점이다. 이것은 최적설계 과정에서 추가의 제한조건으로 최소 피로수명값을 사용해서 접근할 수 있다. 하지만 피로수명은 회수의 함수이기 때문에 최적설계 적용에 제약이 따른다. 본 연구는 피로수명예측을 위한 최적설계에 대해 2단계 반응표면모델의 응용을 제안한다. 적용 예제로 컨테이너 화차의 제동 브라켓 엔드빔의 피로파손 문제에 대해 제안한 방법의 유효성을 설명한다.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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