Statement of problem: The researches on the influence of design variables on the stress distribution in cortical and trabecular bones and on optimal design for implant system were limited. Purpose: The purpose of this study is to identify the sensitivities of design parameters and to suggest the optimal parameters for designing the onebody type implant system. Material and methods: Stresses arising in the implant system were obtained by finite element analysis using a three dimensional model. An onebody type implant system[Oneplant (Warrantec. Co. Ltd., Korea)] was considered in this study. Vortical load(150 N) was applied on the top of the abutment along the axial direction. The initial design variables set for sensitivity analysis were radius of fixture, numbers of micro thread, numbers of power thread, height of micro thread, future length, tapered angle of future, inclined angle of thread, width of micro thread and width of power thread. The statistical technique of Design of Experiments(DOE) was applied tn the simulation model to deduce effective design parameters on stress distributions in bones. The deduced design parameters were incorporated into a fully automated design tool which is coupled with the finite element analysis and numerical optimization to determine the optimal design parameters. Results: 1. The result of sensitivity analysis showed six design variables - radius of future, tapered angle of fixture, inclined angle of thread, numbers of power thread, numbers of micro thread and height of micro thread - were more influential than the others. 2. The optimal values of design variables can be deduced by coupling finite element analysis (FEA) and design optimization tool(DOT).
The operating conditions greatly impact the efficiency and performance of polymer electrolyte membrane (PEM) fuel cell systems and must be properly managed to ensure better performance and efficiency. In particular, small variations in operating conditions interact with each other and affect the performance and efficiency of PEM fuel cell systems. Thus, a systematic study is needed to understand how small changes in operating conditions affect the system performance and efficiency. In this paper, an automotive fuel cell system (including cell stack and balance of plant [BOP]) with a turbo-blower was modeled using MATLAB/Simulink platform and the sensitivity analyses of main operating parameters were performed using the developed system model. Effects of small variations in four main parameters (stack temperature, cathode air stoichiometry, cathode pressure, and cathode relative humidity) on the system efficiency were investigated. The results show that cathode pressure has the greatest potential impact on the sensitivity of fuel cell system efficiency. It is expected that this study can be used as a basic guidance to understand the importance of achieving accurate control of the fuel cell operating conditions for the robust operation of automotive PEM fuel cell systems.
Hamish Tomlinson;Geoffrey W. Rodgers;Chao Xu;Virginie Avot;Cong Zhou;J. Geoffrey Chase
Smart Structures and Systems
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제31권2호
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pp.101-111
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2023
Structural health monitoring (SHM) covers a range of damage detection strategies for buildings. In real-time, SHM provides a basis for rapid decision making to optimise the speed and economic efficiency of post-event response. Previous work introduced an SHM method based on identifying structural nonlinear hysteretic parameters and their evolution from structural force-deformation hysteresis loops in real-time. This research extends and generalises this method to investigate the impact of a wide range of flag-shaped or pinching shape nonlinear hysteretic response and its impact on the SHM accuracy. A particular focus is plastic stiffness (Kp), where accurate identification of this parameter enables accurate identification of net and total plastic deformation and plastic energy dissipated, all of which are directly related to damage and infrequently assessed in SHM. A sensitivity study using a realistic seismic case study with known ground truth values investigates the impact of hysteresis loop shape, as well as added noise, on SHM accuracy using a suite of 20 ground motions from the PEER database. Monte Carlo analysis over 22,000 simulations with different hysteresis loops and added noise resulted in absolute percentage identification error (median, (IQR)) in Kp of 1.88% (0.79, 4.94)%. Errors were larger where five events (Earthquakes #1, 6, 9, 14) have very large errors over 100% for resulted Kp as an almost entirely linear response yielded only negligible plastic response, increasing identification error. The sensitivity analysis shows accuracy is reduces to within 3% when plastic drift is induced. This method shows clear potential to provide accurate, real-time metrics of non-linear stiffness and deformation to assist rapid damage assessment and decision making, utilising algorithms significantly simpler than previous non-linear structural model-based parameter identification SHM methods.
반도체 패키지는 여러 가지 다양한 재료로 구성되어 있으며, 제조시나 사용 환경에서 온도가 변하면 각 재료의 열팽창 계수의 차이로 인하여 굽힘변형이 발생하게 된다. 그림자 무아레 방법은 비접촉으로 전체 영역에 걸친 면외변위를 측정하는 광학적 방법이지만 측정 감도가 $50{\mu}m/fringe$ 이상이어서 반도체 패키지의 굽힘변형을 측정하기에는 적당하지 않은 면이 있었다. 본 논문에서는 그림자 무아레 시스템에 위상이동 기법을 적용하여 $12.5{\mu}m/fringe$의 향상된 감도를 갖는 측정장치를 구성하였다. 그림자 무아레 측정에서 나타나는 탈봇 현상을 고려하여 1/2 탈봇 영역에서 변형을 측정할 수 있도록 실험을 수행하였다. 위상이동에 의해 기록되는 4장의 그림자 무늬를 영상처리하여 감도가 4배 향상된 그림자 무늬를 얻어내었다. 본 논문에서 개발한 측정방법을 기존의 섬유강화 패키지 기판과 무섬유 패키지 기판에 적용하여 상온과 약 $100^{\circ}C$의 환경에서 발생하는 굽힘변형을 측정하였다.
발파충격 또는 응력재분배에 의해 발생하는 암반손상대(Excavation Damaged Zone, EDZ)는 암반의 여러 물성들을 변화시킴으로써 구조물의 거동과 안정성에 영향을 미치게 된다. 본 연구에서는 EDZ를 고려한 터널에 대한 2차원 연속체 해석 코드인 FLAC을 이용하여 역학적 안정성을 해석하고 안정성에 관련된 인자들을 대상으로 부분요인설계법(Fractional Factorial Design)을 이용한 민감도 분석을 실시하였다. 모델링 결과 터널 주변의 거동과 안전율은 손상대 유 무에 따라 많은 차이가 있었다. 민감도 분석 결과 터널주변의 안전율에 많은 영향을 미치는 인자는 측압계수와 심도, 점착력, 물성 감소비, 터널의 폭, 내부 마찰각, 터널의 높이 순이었다. EDZ는 터널 주변의 역학적 안전성에 많은 영향을 미칠 수 있기 때문에 터널 설계 시 고려하는 것이 필요하다.
현재 압력이나 가속도를 측정하기 위해 사용되는 반도체 센서 중에서 압저항 센서가 가장 광범위하게 적용되고 있다. 이러한 압저항 센서는 반도체 공정에 의해서 제작되고, 기존의 센서보다 높은 민감도를 가지므로 그 적용성이 매우 높다. 하지만, 압저항 센서를 형성하는 구조물의 형상과 관련된 연구가 국내에서 미비하므로 이에 대한 연구가 요구된다. 본 연구에서는 과도한 압력에 센서를 보호하기 위한 보스(Boss)와 민감도 향상을 위해 사용되는 매스(Seismic Mass)의 기하학적 변화가 민감도에 미치는 영향을 압저항 분포를 통하여 분석하고, 적절한 위치와 크기를 제시하고자 한다.
To improve the accuracy of a metamodel, additional sample points can be selected by using a specified criterion, which is often called sequential sampling approach. Sequential sampling approach requires small computational cost compared to one-stage optimal sampling. It is also capable of monitoring the process of metamodeling by means of identifying an important design region for approximation and further refining the fidelity in the region. However, the existing critertia such as mean squared error, entropy and maximin distance essentially depend on the distance between previous selected sample points. Therefore, although sufficient sample points are selected, these sequential sampling strategies cannot guarantee the accuracy of metamodel in the nearby optimum points. This is because criteria of the existing sequential sampling approaches are inefficient to approximate extremum and inflection points of original model. In this research, new sequential sampling approach using the sensitivity of metamodel is proposed to reflect the response. Various functions that can represent a variety of features of engineering problems are used to validate the sensitivity approach. In addition to both root mean squared error and maximum error, the error of metamodel at optimum points is tested to access the superiority of the proposed approach. That is, optimum solutions to minimization of metamodel obtained from the proposed approach are compared with those of true functions. For comparison, both mean squared error approach and maximin distance approach are also examined.
모바일 기기로 사용되는 전자기판은 여러 가지 다양한 재료로 구성되어 있으며, 제조시나 사용 환경에서 온도가 변하면 각 재료의 열팽창 계수의 차이로 인하여 변형과 응력집중이 발생하게 된다. 그림자 무아레 방법은 비접촉으로 전체 영역에 걸친 면외변위를 측정하는 광학적 방법이지만 고감도 적용을 위해서는 탈봇 현상의 극복이 필요하다. 본 논문에서는 그림자 무아레 기법에서 발생하는 탈봇 현상을 극복하기 위하여 다양한 파장의 LED 광원을 이용하고, 파장의 변화가 탈봇 거리에 미치는 영향에 대해 연구하였다. 위상 이동법을 이용함으로써 10 ㎛/fringe 이내의 측정 감도를 확보할 수 있는 실험방법을 제안하고 이를 평가하였으며, 이 방법을 모바일 회로 기판의 열변형 측정에 적용하였다. 백색광을 사용한 경우에서는 탈봇 현상으로 인하여 측정이 불가능한 영역이 여러 군데 존재하였으나, 파란색 LED 광을 사용한 경우에는 대부분의 영역에서 감도 6.25 ㎛/fringe의 정밀한 무아레 무늬를 얻어낼 수 있음을 확인하였다.
The paper presents a new multidisciplinary design optimization architecture using optimal sensitivity and coordination of interdisciplinary design variables. Original design problem is decomposed into a number of sub-problems that represent individual engineering analysis. The coupled effects between sub-problems are computed by interdisciplinary design variables. System level coordination is determined by optimal parameter sensitivity calculated by finite difference method. The proposed. MDO strategy is applied to a simplified model of rotorcraft blade design associated with structures and aerodynamic disciplines.
A response surface method(RSM) is utilized for structural optimization and implemented on a parametric CAD platform. Once an approximation of the performance function is made, no formal design sensitivity analysis is necessary. The approximation gives the designer the sensitivity information and furthermore intuition on the performance functions. The scheme for the design of experiment chosen for the RSM has a large influence on the accuracy of converged solutions and the amount of computation. The D-optimal design criterion as implemented in this paper is found efficient for the structural optimization. The program is developed on a parametric CAD platform and tested using several shape design problems of such as a torque arm and a belt clip. It is observed that the RSM used provides a faster convergence than other approximation methods for design sensitivity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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