Optimized BMP plans for controlling water quality using the Pareto trade-off surface curve in upper basin of Namgang Dam is proposed. The proposed alternatives consist of BMP installation scenarios in which the reduction efficiency of non-point pollutants is maximized in a given budget. The multi-objective optimization process for determining the optimal alternatives was performed without direct implementation of a watershed model such as SWAT analysis, thereby reducing the time taken. The shortening of the calculation time further enhances the applicability of the multi-objective optimization technique in preparing regional water quality management alternatives. In this study, different types of BMP are applied depending on the land use conditions. Fertilizer input control and vegetative filter strip are considered as alternatives to applying BMP to the field but only control of fertilizer input can be applied to rice paddies. Fertilizer input control and vegetative filter strip can be installed separately or simultaneously in a hydrologic response unit. Finally, 175 BMP application alternatives were developed for the water quality management of the upper river basin of Namgang dam. The proposed application alternative can be displayed on the map, which has the advantage of clearly defining the BMP installation location.
본 연구에서는 고고도 장기 체공 항공기 날개의 스팬과 주날개보의 형상을 설계변수로 동시에 고려하는 공력-구조 동시 설계를 수행하였다. 이 때 공기역학적 성능 최대화와 중량 최소화를 한 번에 수행하기 위해 다목적 최적화를 이용하였다. 설계 대상이 된 날개는 구조적 대변형이 발생되므로 전산유체역학과 유한요소법을 이용하여 비선형 정적 공탄성 해석을 수행하였다. 설계를 위한 해석에 요구되는 계산 비용을 감소시키기 위해 반응면을 구성하였으며 이를 위해 실험계획법이 이용되었다. 또한 본 연구에서는 대변형이 발생되지 않은 형상과 대변형이 발생한 형상의 공력 성능을 비교하여 대변형이 발생하는 경우 설계를 위해 반드시 변형이 고려되어야 함을 검증하였다.
This paper presents an ASF (Aluminum Space Frame) BIW optimal design, which minimizes the weight and satisfies multi-disciplinary constraints such as the static stiffness, vibration characteristics, low-speed crash, high-speed crash and occupant protection. As only one cycle CPU time for all the analyses is 12 hours, the ASF design having 11-design variable is a large scaled problem. In this study, ISCD-II and conservative least square fitting method is used for efficient RSM modeling. Then, ALM method is used to solve the approximate optimization problem. The approximate optimum is sequentially added to remodel the RSM. The proposed optimization method used only 20 analyses to solve the 11-design variable design problem. Also, the optimal design can reduce the] $15\%$ of total weight while satisfying all of the multi-disciplinary design constraints.
본 연구를 통해 초음속 전투기 날개의 공력-구조를 동시에 고려한 다학제간 설계를 수행하였다. 공력해석을 위해 사용된 3 차원 Euler Code는 수렴 속도를 개선하기 위해 Multigrid를 적용하였으며, 3차의 transfinite interpolation을 사용하여 O-H type의 공력해석 격자계를 생성하였다. 구조 분야는 절점당 54개의 자유도를 가지는 9 절점 쉘 혼합 유한요소(9-node shell mixed finite element)를 사용하여 해석을 수행하였다. 설계변수는 공력쪽으로 날개의 평면형상에 관련된 변수 3개, 구조쪽은 날개 윗면과 아래면의 표피두께에 관련된 4개의 설계변수 사용하였으며, D-optimality 조건을 만족시키는 실험점들에 대해 공력해석과 구조해석이 연동된 정적 공탄성 해석을 수행한 후, 반응면 기법을 이용하여 목적함수와 제약조건에 대한 반응면을 구성하였다. 단일점 설계를 수행한 후 이를 바탕으로 3개의 설계점을 동시에 고려한 다점 설계를 수행하였으며, 공력만을 고려한 설계 결과와 공력-구조를 동시에 고려한 다학제간 설계결과의 비교를 통해 다학제간 설계의 타당성과 우수성을 입증하였다.
In the present study, the finite volume method is applied for the thermal performance prediction of the natural ventilation system using vertical solar chimney whereas, design parameters are optimized through the response surface methodology (RSM). The computational simulations are performed for various parameters of the solar chimney such as absorber temperature (40≤Tabs≤70℃), inlet temperature (20≤T0≤30℃), inlet height of (0.1≤h≤0.2 m) and chimney width (0.1≤d≤0.2 m). Analysis of variance (ANOVA) was carried out to identify the design parameters that influence the average Nusselt number (Nu) and mass flow rate (ṁ). Then, quadratic polynomial regression models were developed to predict of all the response parameters. Consequently, numerical and graphical optimizations were performed to achieve multi-objective optimization for the desired criteria. According to the desirability function approach, it can be seen that the optimum objective functions are Nu=25.67 and ṁ=24.68 kg/h·m, corresponding to design parameters h=0.18 m, d=0.2 m, Tabs=46.81℃ and T0=20℃. The optimal ventilation flow rate is enhanced by about 96.65% compared to the minimum ventilation rate, while solar energy consumption is reduced by 49.54% compared to the maximum ventilation rate.
본 논문에서는 복합재 팬 블레이드의 구조적 성능에 대한 근사 및 최적설계 기법을 제안하였다. 그리고 이들을 활용하여 복합재 팬 블레이드의 질량 및 형상의 변화 없이 강성을 최대화하기 위한 적층 패턴의 최적설계를 수행하였다. 이 때 설계 변수 및 설계 영역을 축소하기 위하여 적층 파라미터를 도입하였고, 적층 파라미터의 특성을 활용하여 높은 적합도를 갖는 반응표면 근사모델을 생성하였다. 또한 효율적인 최적해 탐색을 위해 도함수 기반 방법과 유전자 알고리즘을 결합한 2단계 최적화 방법을 적용하였으며, 다양한 요구조건들을 고려한 다목적 최적설계를 수행하였다. 마지막으로는 초기 모델과 최적설계 모델의 유한요소해석 결과를 비교하여 적층 파라미터 기반의 근사 및 최적설계 기법을 검증하였다.
Computer modeling is essential to evaluate possible design of suspension for a railway vehicles. By creating a simulation, the engineers are able to assess the feasibility of a given design and change the design factors to get a better design. But if one wishes to perform complex analysis on the simulation, such as railway vehicle dynamic, the computational time can become overwhelming. Therefore, many researchers have turned to surrogate modeling. A surrogate model is essentially a regression performed on a data sampling of the simulation. In the most general sense, metamodels(surrogate model) take the form $y(x)=f(x)+{\varepsilon}$, where y(x) is the true simulation output, f(x) is the metamodel output, and $\varepsilon$ is the error between the two. In this paper, a second order polynomial equation is partially used as a metamodel to represent the forty-six dynamic performances for high speed train. The number of factors as design variables of the metamodel is twenty-nine, which are composed the dynamic characteristics of suspension. This metamodel is used to search the optimum values of suspension characteristics which minimize the dynamic responses for high speed train. This optimization is a multi-objective problem which have many design variables. This paper shows that the response surface model which is made through the design of analysis of computer experiments method is very efficient to solve this complex optimization problem.
The important dynamic specifications in the aluminum automobile body design are the vibrations and crashworthiness in the views of ride comforts and safety. Thus, considerable effort has been invested into improving the performance of mechanical structures comprised of the interactive multiple sub-structures. Most mechanical structures are complex and are essentially multi-criteria optimization problems with objective functions retained as constraints. Each weight factor can be defined according to the effects and priorities among objective functions, and a feasible Pareto-optimal solution exists for the criteria-defined constraints. In this paper, a multi-criteria design based on the Pareto-optimal sensitivity is applied to the vibration qualities and crushing characteristics of front structure in the automobile body design. The vibration qualities include the idle, wheel unbalance and road shake. The crushing characteristic of front structure is the axial maximum peak load.
This paper presents a response surface method(RSM) with Latin Hypercube Sampling strategy, which is employed to optimize a magnet pole shape of large scale BLDC motor to minimize the cogging torque. The proposed LHS algorithm consists of the multi-objective Pareto optimization and (1+1) evolution strategy. The algorithm is compared with the uniform sampling point method in view points of computing time and convergence. In order to verify the developed algorithm, a 6 MW BLDC motor is simulated with 4 design parameters (arc length and 3 variables for magnet) and 4 constraints for minimizing of the cogging torque. The optimization procedure has two stages; the fist is to optimize the arc length of the PM and the second is to optimize the magnet pole shape by using the proposed hybrid algorithm. At the 3rd iteration, an optimal point is obtained, and the cogging torque of the optimized shape is converged to about 14% of the initial one. It means that 3 iterations aregood enough to obtain the optimal design parameters in the program.
The next generation of Korean high-speed train under development will be designed for the maximum operating speed of 350km/h and maximum speed of 400km/h. This high-speed operation may cause the noise and vibration problems around tunnel exit due to the higher micro-pressure wave than present level. In this study, the nose shape optimization was conducted for the countermeasure against these problems. Axi-symmetric solver was used for numerical simulation, and response surface was used for efficiency of optimization process. Also the multi-step optimization was conducted to find out more accurate optimal shape. Through these analysis and optimization, it was found out that the optimal nose shapes for minimization of micro-pressure wave are definitely different along the nose length variation. And the mechanism of micro-pressure wave reduction was closely investigated by the analysis of generation process of compression wave in tunnel. The results are expected to be used as design guideline for performance improvement of the next generatin of Korean high-speed train.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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