This paper presents the response surface optimization method using three-dimensional Navier-Stokes analysis to optimize the shape of a forward-curved blades centrifugal fan. For numerical analysis, Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with $k-{\varepsilon}$ turbulence model are discretized with finite volume approximations. In order to reduce huge computing time due to a large number of blades in forward-curved blades centrifugal fan, the flow inside of the fan is regarded as steady flow by introducing the impeller force models. Three geometric variables, i.e., location of cut off, radius of cut off, and width of impeller, and one operating variable, i.e., flow rate, were selected as design variables. As a main result of the optimization, the efficiency was successfully improved. And, optimum design flow rate was found by using flow rate as one of design variables. It was found that the optimization process provides reliable design of this kind of fans with reasonable computing time.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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제17권1호
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pp.29-36
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2016
Tensairity girder is a light weight inflatable fabric structural concept which can be used in road emergency transportation. It uses low pressure air to stabilize compression elements against buckling. With the purpose of obtaining the comprehensive target of minimum deflection and weight under ultimate load, the cross-section and the inner pressure of tensairity girder was optimized in this paper. The Variable Complexity Modeling (VCM) method was used in this paper combining the Kriging approximate method with the Finite Element Analysis (FEA) method, which was implemented by ABAQUS. In the Kriging method, the sample points of the surrogate model were outlined by Design of Experiment (DOE) technique based on Optimal Latin Hypercube. The optimization framework was constructed in iSIGHT with a global optimization method, Multi-Island Genetic Algorithm (MIGA), followed by a local optimization method, Sequential Quadratic Program (SQP). The result of the optimization gives a prominent conceptual design of the tensairity girder, which approves the solution architecture of VCM is feasible and efficient. Furthermore, a useful trend of sensitivity between optimization variables and responses was performed to guide future design. It was proved that the inner pressure is the key parameter to balance the maximum Von Mises stress and deflection on tensairity girder, and the parameters of cross section impact the mass of tensairity girder obviously.
Journal of the Korean Society for Industrial and Applied Mathematics
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제3권1호
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pp.71-79
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1999
We consider multi-step quasi-Newton methods for unconstrained optimization. These methods were introduced by Ford and Moghrabi [1, 2], who showed how interpolating curves could be used to derive a generalization of the Secant Equation (the relation normally employed in the construction of quasi-Newton methods). One of the most successful of these multi-step methods makes use of the current approximation to the Hessian to determine the parameterization of the interpolating curve in the variable-space and, hence, the generalized updating formula. In this paper, we investigate new parameterization techniques to the approximate Hessian, in an attempt to determine a better Hessian approximation at each iteration and, thus, improve the numerical performance of such algorithms.
In order to improve the efficiency of the design process and the quality of the resulting design for the application-based exclusive rolling element bearings, this study propose design methodologies by using a genetic-based combinatorial optimization. By the presence of discrete variables such as the number of rolling element (standard component) and by the engineering point of views, the design problem of the rolling element bearing can be characterized by the combinatorial optimization problem as a fully discrete optimization. A genetic algorithm is used to efficiently find a set of the optimum discrete design values from the pre-defined variable sets. To effectively deal with the design constraints and the multi-objective problem, a ranking penalty method is suggested for constructing a fitness function in the genetic-based combinatorial optimization. To evaluate the proposed design method, a robust performance analyzer of ball bearing based on quasi-static analysis is developed and the computer program is applied to some design problems, 1) maximize fatigue life, 2) maximize stiffness, 3) maximize fatigue life and stiffness, of a angular contact ball bearing. Optimum design results are demonstrate the effectiveness of the design method suggested in this study. It believed that the proposed methodologies can be effectively applied to other multi-objective discrete optimization problems.
근사모델을 이용한 최적설계 문제에서는 설계변수의 수가 증가함에 따라 근사모델의 정확도를 확보하기 위한 계산 횟수가 급격히 증가한다. 이를 해결하기 위해 저정확도 모델을 바탕으로 고정확도 모델로 보정하는 Variable-Fidelity Modeling을 이용하였다. 본 논문에서 Variable-Fidelity Model로는 계층적 크리깅 모델을 이용하였으며, 다목적 유전자 알고리즘과 결합하여 최적화 프레임워크를 제안하였다. 이 방법의 유용성을 검증하기 위하여 천음속 영역에 대한 익형 최적 설계를 하였다. 설계변수로는 PARSEC의 파라메터를 이용하였으며, 서로 다른 격자수를 가지는 경우 그리고 서로 다른 정확도를 가지는 해석자를 이용한 경우에 관하여 해석을 수행하였다. 검증을 위해 단일 정확도 모델에 대한 최적화 결과와 비교하였다. 모든 경우에 관하여 파레토 라인이 유사하게 나오는 것을 확인 할 수 있었으며, 계산시간은 계층적 크리깅 모델을 이용한 Variable-Fidelity Model이 단일 정확도 모델에 비하여 훨씬 줄어들었다. 이를 바탕으로 본 논문의 방법이 단일 정확도를 가지는 모델에 대한 최적화 방법과 유사한 정확도를 가지며 더욱 효율적임을 확인 할 수 있다.
Discrete variable을 갖는 Mean Field Theory(MFT) neural network은 이미 많은 combinatorial optimization 문제에 적용되어져 왔다. 본 논문에서는 이를 확장하여 continuous variable을 갖는 mean field annealing을 제안하고, 이러한 network에서 integral로 표현되는 spin average를 mean field에 기초하여 어렵지 않게 구할 수 있는 one-variable stochastic simulated annealing을 제안하였다. 이런 방법으로 multi-body problem을 single-body problem으로 바꿀 수 있었다. 또한 이 방법을 이용한 응용으로서 통계학에서 잘 알려진 문제중의 하나인 quantification analysis 문제에 적용하여 타당성을 보였다.
This paper suggests power optimization technique in multi-level SCPC system as a method for efficient utilization of limited satellite power. The power optimization is realized by optimal assignment of satellite input carrier powers considering interference and noise generated in up-link and down-link. The Fletcher-Powell algorithm searching minimum(or maximum) point using gradient information is used to detemine the optimal input carrier powers. To apply Flectcher-Powell algorithm mathematical descriptions and their partial derivatives to interference and nose are presented. Because a target, which should be optimized, is satellite input carrier power, amplitude of each carrier group will be assumed to be an independent variable. The performance criterion for optimal power assignmentis classified into 4 categories with respect to CNR of destination receiver earth station to meet the requirement for various satellite link environment. Simulation results for two-level, four-level and six-level SCPC system are presented.
In this paper, a multi-step optimization using a G.A.(Genetic Algorithm) with variable penalty function is introduced to the structural design optimization of a high speed machining center. The design problem, in this case, is to find out the best cross-section shapes and dimensions of structural members which minimize the static compliance, the dynamic compliance, and the weight of the machine structure simultaneously. The first step is the cross-section shape optimization, in which only the section members are selected to survive whose cross-section area have above a critical value. The second step is a static design optimization, in which the static compliance and the weight of the machine structure are minimized under some dimensional constraints and deflection limits. The third step is a dynamic design optimization, where the dynamic compliance and the structure weight are minimized under the same constraints as those of the second step. The proposed design optimization method was successful applied to the machining center structural design optimization. As a result, static and dynamic compliances were reduced to 16% and 53% respectively from the initial design, while the weight of the structure are also reduced slightly.
This paper presents a novel symbiotic organisms search (SOS) algorithm to optimize both real power loss (RPL) and voltage stability limit (VSL) of a transmission network by controlling the variables such as unified power flow controller (UPFC) location, UPFC series injected voltage magnitude and phase angle and transformer taps simultaneously. Mathematically, this issue can be formulated as nonlinear equality and inequality constrained multi objective, multi variable optimization problem with a fitness function integrating both RPL and VSL. The symbiotic organisms search (SOS) algorithm is a nature inspired optimization method based on the biological interactions between the organisms in ecosystem. The advantage of SOS algorithm is that it requires a few control parameters compared to other meta-heuristic algorithms. The proposed SOS algorithm is applied for solving optimum control variables for both single objective and multi-objective optimization problems and tested on New England 39 bus test system. In the single objective optimization problem only RPL minimization is considered. The simulation results of the proposed algorithm have been compared with the results of the algorithms like interior point successive linear programming (IPSLP) and bacteria foraging algorithm (BFA) reported in the literature. The comparison results confirm the efficacy and superiority of the proposed method in optimizing both single and multi objective problems.
Two methods are applied to the problem of trajectory optimization for launch vehicles which burn solid propellant. One is 'Optimal Control' theory, the other is 'NonLinear Programming' method. Trajectory optimization for solid rocket motors has a special problem. The special problem is that the payload of launch vehicle is not the function of control variable. This paper deals with this special problem.
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