Chaoyong Zong;Maolin Shi;Qingye Li;Fuwen Liu;Weihao Zhou;Xueguan Song
Nuclear Engineering and Technology
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제54권11호
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pp.4181-4194
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2022
Main steam safety valves are commonly used in nuclear power plants to provide final protections from overpressure events. Blowdown and dynamic stability are two critical characteristics of safety valves. However, due to the parameter sensitivity and multi-parameter features of safety valves, using traditional method to design and/or optimize them is generally difficult and/or inefficient. To overcome these problems, a surrogate model-based valve design optimization is carried out in this study, of particular interest are methods of valve surrogate modeling, valve parameters global sensitivity analysis and valve performance optimization. To construct the surrogate model, Design of Experiments (DoE) and Computational Fluid Dynamics (CFD) simulations of the safety valve were performed successively, thereby an ensemble surrogate model (E-AHF) was built for valve blowdown and stability predictions. With the developed E-AHF model, global sensitivity analysis (GSA) on the valve parameters was performed, thereby five primary parameters that affect valve performance were identified. Finally, the k-sigma method is used to conduct the robust optimization on the valve. After optimization, the valve remains stable, the minimum blowdown of the safety valve is reduced greatly from 13.30% to 2.70%, and the corresponding variance is reduced from 1.04 to 0.65 as well, confirming the feasibility and effectiveness of the optimization method proposed in this paper.
This paper, being the second in a two-part series, presents the robust performance of the proposed design method which can enhance a reliability-based design optimization(RBDO) under the uncertainties of probabilistic models. The robust performances of the solutions obtained by the proposed method, described in the Part 1, are investigated through the parametric studies. A 10-bar truss example is considered, and the uncertain parameters include the number of data observed, and the variations of applied loadings and allowable stresses. The numerical results show that the proposed method can produce a consistent result despite of the large variations in the parameters. Especially, even with the relatively small data set, the analysis results show that the exact probabilistic model can be successfully predicted with optimized design sections. This consistency of estimating appropriate probability model is also observed in the case of the variations of other parameters, which verifies the robustness of the proposed method.
본 논문에서는 설계변수의 불확실성을 고려한 BLDC 전동기의 코깅 토크 저감 설계를 수행하기 위하여 개선된 다구찌법을 이용한 효율적인 강건 최적설계 기법을 제안하였다. 일반적인 강건 최적설계 문제를 처리할 때 발생하는 기존 다구찌법의 단점을 해결하기 위하여, 벌칙함수와 최적수준 탐색기법이 새로이 도입되었다. 제안된 설계기법의 타당성을 검증하기 위하여 5 kW, 정격속도 2,300 rpm, 정격 토크 20 Nm의 전기자동차 구동용 BLDC 전동기의 코깅 토크 저감을 위한 강건 설계가 수행되었다. 또한 도출된 설계결과를 코깅 토크, 정격 토크 및 토크 리플에 대해 개념설계와 결정론적 최적설계 된 전동기들의 결과와 비교하였다.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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제2권4호
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pp.407-422
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2004
A new method for the design of predictive controllers for SISO systems is presented. The proposed technique allows uncertainties and constraints to be concluded in the design of the control law. The goal is to design, at each sample instant, a predictive feedback control law that minimizes a performance measure and guarantees of constraints are satisfied for a set of models that describes the system to be controlled. The predictive controller consists of a finite horizon parametric-optimization problem with an additional constraint over the manipulated variable behavior. This is an end-constraint based approach that ensures the exponential stability of the closed-loop system. The inclusion of this additional constraint, in the on-line optimization algorithm, enables robust stability properties to be demonstrated for the closed-loop system. This is the case even though constraints and disturbances are present. Finally, simulation results are presented using a nonlinear continuous stirred tank reactor model.
This paper presents the shape optimization considering the uncertainty of design variable to find robust optimal solution that has insensitive performance to its change of design variable. Stochastic finite element method (SFEM) is used to treat input data as stochastic variables. It is method that the potential values are series form for the expectation and small variation. Using correlation function of their variables, the statistics of output obtained form the input data distributed. From this, design considering uncertainty of design variables.
Vehicle vibration mostly originates from the road excitation and causes discomfort, fatigue and even injury to a driver. Vehicle ride comfort is one of the most important performance indices to achieve a high-quality vehicle design. Since design parameter variations inevitably result in the vehicle ride comfort variance, the variance characteristics should be analyzed in the early design stage of the vehicle. The vehicle ride comfort is often defined by an index which employs a weighted RMS value of the acceleration PSD of a seat position. The design solution is obtained through two steps in this study. An optimization problem to obtain a minimum ride comfort index is solved first. Then another optimization problem to obtain minimum variance of the ride comfort index is solved. For the optimization problems, the equations of motion and the sensitivity equations are derived basing on a 5-DOF vehicle model. The numerical results show that an optimal solution for the minimum ride comfort is not necessarily same as that of the minimum variance of the ride comfort.
Journal of the Korean Data and Information Science Society
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제11권1호
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pp.65-72
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2000
로버스트설계는 품질공학에서 품질특성치의 수행변동(performance variation)을 줄이는데 있다. 다구찌가 제안한 파라미터설계는 아주 많은 장점을 가지고 있으나 몇 가지 단점이 있다. 그 중에서 파라미터설계에 있어서 교차배열은 제어인자와 잡음인자의 모든 교호작용효과를 고려한 실험배치이기 때문에 많은 실험횟수를 필요로 하는 단점이 있다. 그래서 대안방법으로 Welch등(1990)이 제안한 통합배열이 고려된다. 본 논문에서는 로버스트 설계를 위한 다구찌의 파라미터설계(혹은 교차배열방법론)와 통합배열방법론을 시뮬레이션을 통하여 비교 연구하고자 한다.
한국전산유체공학회 2003년도 The Fifth Asian Computational Fluid Dynamics Conference
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pp.240-242
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2003
A method for performing two-dimensional lift-constraint drag minimization in inviscid compressible flows on unstructured meshes is developed. Sensitivities of objective function with respect to the design variables are efficiently obtained by using a continuous adjoint method. In addition, parallel algorithm is used in multi-point design optimization to enhance the computational efficiency. The characteristics of single-point and multi-point optimization are examined, and the comparison of these two method is presented.
Design goal is to find the one that has the highest probability of success and the smallest variation. A robustness index has been proposed to satisfy these conditions. The two-step optimization process of the target problem requires a scaling factor. The search process of a scaling factor is replaced with the making of the decoupled design between the mean and the standard deviation. The decoupled design matrix is formed from the sensitivity or the sum of squares. After establishing the design matrix, the robust design process has a new three-step one. The first is ″reduce variability,″ the second is ″make the candidate designs that satisfy constraints and move the mean on the target,″ and the final is ″select the best robust design using the proposed robustness index.″ The robust design process is verified by three examples and the results using the robustness index are compared with those of other indices.
Many quality engineering practitioners continue to have a considerable interest in implementing the concept of response surface methodology to real situations. Recently, dual response surface approach is extensively studied and recognized as a powerful tool for robust design. However, existing methods do not consider the information provided by customers and design engineers. In this regard, this article proposes a flexible optimization model that incorporates that information via desirability function modeling. The optimization scheme and its modeling flexibility are demonstrated through an illustrative example by comparing the proposed model with existing ones.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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