A research to evaluate the efficiency of design optimization was carried out for aerodynamic design optimization problem in distributed computing environment. The aerodynamic analyses which take most of computational work during design optimization were divided into several jobs and allocated to associated PC clients through network. This is not a parallel process based on domain decomposition in a single analysis rather than a simultaneous distributed-analyses using network-distributed computers. GBOM(gradient-based optimization method), SAO(Sequential Approximate Optimization) and RSM(Response Surface Method) were implemented to perform design optimization of transonic airfoils and evaluate their efficiencies. dimensional minimization followed by direction search involved in the GBOM was found an obstacle against improving efficiency of the design process in the present distributed computing system. The SAO was found fairly suitable for the distributed computing environment even it has a handicap of local search. The RSM is apparently the most efficient algorithm in the present distributed computing environment, but additional trial and error works needed to enhance the reliability of the approximation model deteriorate its efficiency from the practical point of view.
Direct-acting solenoid valves are used in the automotive industry due to their simple structure and quick response in controlling the flow of fluid. We performed an optimization study of response time in order to improve the dynamic performance of a direct-acting solenoid valve. For the optimal design process, we used the commercial optimization software PIAnO, which provides various tools for efficient optimization including design of experiments (DOE), approximation techniques, and a design optimization algorithm. 35 sampling points of computational experiments are performed to find the optimum values of the design variables. In all cases, ANSYS Maxwell electromagnetic analysis software was used to model the electromagnetic dynamics. An approximate model generated from the electromagnetic analysis was estimated and used for the optimization. The best optimization model was selected using the verified approximation model called the Kriging model, and an optimization algorithm called the progressive quadratic response surface method (PQRSM).
The frontal crash optimization of an engine room member using the response surface method was studied. The engine room member is composed of the front side member and the sub-frame. The thicknesses of the panels on the front side member and the sub-frame were selected as the design variables. The purpose of the optimization was to reduce the weight of the structure, under the constraint that the objective quantity of crash energy is absorbed. The response surface method was used to approximate the crash behavior in mathematical form for optimization procedure. To research the effect of the regression method, two different methodologies were used in constructing the response surface model, the least square method and the moving least square method. The optimum with the two methods was verified by the simulation result. The precision of the surrogate model affected the optimal design. The moving least square method showed better approximation than the least square method. In addition to the deterministic optimization, the reliability-based design optimization using the response surface method was executed to examine the effect of uncertainties in design variables. The requirement for reliability made the optimal structure be heavier than the result of the deterministic optimization. Compared with the deterministic optimum, the optimal design using the reliability-based design optimization showed higher crash energy absorption and little probability of failure in achieving the objective.
A spacecraft radiator is a thermal control method to eject internally dissipated heat into the space generated from operation of unit boxes. The efficiency of thermal design may be improved by optimizing radiator design. In this paper, the optimization approach method of node-based radiator design was suggested which is to combine numerical thermal analysis with optimization algorithm. This method has meaning that it can be used practically to implement the spacecraft radiator design regardless of thermal analysis and optimization algorithm software and maintain the same basic concept of an ordinary radiator design approach based on node division of a thermal model. The overall analysis framework with thermal analysis and optimization algorithm would be presented.
International Journal of Fluid Machinery and Systems
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v.4
no.1
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pp.172-178
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2011
This paper presents an optimization procedure for high-efficiency design of a mixed-flow pump. Optimization techniques based on a weighted-average surrogate model are used to optimize a vane diffuser of a mixed-flow pump. Validation of the numerical results is performed through experimental data for head, power and efficiency. Three-level full factorial design is used to generate nine design points within the design space. Three-dimensional Reynoldsaveraged Navier-Stokes equations with the shear stress transport turbulence model are discretized by using finite volume approximation and solved on hexahedral grids to evaluate the efficiency as the objective function. In order to reduce pressure loss in the vane diffuser, two variables defining the straight vane length ratio and the diffusion area ratio are selected as design variables in the present optimization. As the results of the design optimization, the efficiency at the design flow coefficient is improved by 7.05% and the off-design efficiencies are also improved in comparison with the reference design.
Kim, Jimin;Nguyen, Nhu Van;Shu, Jung-Il;Maxim, Tyan;Lee, Jae-Woo;Kim, Sangho
Journal of the Korean Society for Aviation and Aeronautics
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v.21
no.1
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pp.30-38
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2013
This paper describes the design optimization of Unmanned Aerial Vehicles(UAVs). An optimization framework has been developed and implemented for the conceptual design of UAVs. An integrated design analysis program was developed with several analysis modules such as propulsion, performance, mission, weight, and stability and control. A UAV configuration design optimization was performed by implementing the integrated analysis to enhance the endurance of UAVs. A SQP optimizer was utilized to build an optimization module for this program and sensitivity analysis was performed to determine the trends of shape variables for developing optimization objective. In conclusion, the results indicate that the resulting optimized UAVs configurations show performance improvements over the baseline design and reliable analysis results.
Transactions of the Korean Society of Machine Tool Engineers
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v.18
no.1
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pp.103-109
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2009
This paper presents structural design optimization of a micro milling machine for minimum weight and compliance using a genetic algorithm with dynamic penalty function. The optimization procedure consists of two design stages, which are the static and dynamic design optimization stages. The design problem, in this study, is to find out thickness of structural members which minimize the weight, the static compliance and the dynamic compliance of the micro milling machine under several constraints such as dimensional constraints, maximum compliance limit, and safety factor criterion. Optimization results showed a great reduction in the static and dynamic compliances at the spindle nose of the micro milling machine in spite of a little decrease in the machine weight.
This paper presents structural topology optimization that is being applied for the design of electromagnetic vibration energy harvester. The design goal is to maximize the root-mean-square value of output voltage generated by external vibration leading structures. To calculate the output voltage, the magnetic field analysis is performed by using the finite element method, and the obtained magnetic flux linkage is interpolated by using Lagrange polynomials. To achieve the design goal, permanent magnet is designed by using topology optimization. The analytical design sensitivity is derived from the adjoint variable method, and the formulated optimization problem is solved through the method of moving asymptotes (MMA). As optimization results, the optimal location and shape of the permanent magnet are provided when the magnetization direction is fixed. In addition, the optimization results including the design of magnetization direction are provided.
The Transactions of The Korean Institute of Electrical Engineers
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v.59
no.9
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pp.1600-1604
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2010
This paper presents the optimum design of the brushless motor to maximize the output power per weight considering the design parameter tolerance. The optimization is proceeded by commercial software that is adopted the scatter-search algorithm and the characteristic analysis is conducted by FEM. The stochastic optimum design results are compared with those of the deterministic optimization method. We can verify that the results of the stochastic optimization is superior than that of deterministic optimization.
A procedure employing a Teaching-Learning Based Optimization (TLBO) method is developed to design discrete pin jointed structures. TLBO process consists of two parts: the first part represents learning from teacher and the second part illustrates learning by interaction among the learners. The results are compared with those obtained using other various evolutionary optimization methods considering the best solution, average solution, and computational effort. Consequently, the TLBO algorithm works effectively and demonstrates remarkable performance for the optimization of engineering design applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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