Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.20
no.5
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pp.671-680
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2007
The objective of this work is to reduce drag on a bluff body within a viscous flow by applying suction or injection of fluid along the surface of the body. In addition to minimizing drag, the optimal solution tends to reduce boundary layer separation and flow recirculation. When discretized by finite elements, the optimal control problem can be posed as a large-scale nonlinearly-constrained optimization problem. The constraints correspond to the discretized form of the Navier-Stokes equations. Unfortunately, solving such large-scale problems directly is essentially intractable. We developed several Sequential Quadratic Programming methods that are tailored to the structure of the control problem. Example problems of laminar flow around an infinite cylinder in two dimensions are solved to demonstrate the methodology. We use these optimal control techniques to study the influence of number of suction/injection holes and location of holes on the resulting optimized flow. We compare the proposed SQP methods against one another, as well as against available methods from the literature, from the point of view of efficiency and robustness. The most efficient of the proposed methods is two orders of magnitude faster than existing methods.
This paper describes a comparative study of genetic algorithm and mathematical programming technique applied in the design optimization of geodesic dome. In particular, the genetic algorithm adopted in this study uses the so-called re-birthing technique together with the standard GA operations such as fitness, selection, crossover and mutation to accelerate the searching process. The finite difference method is used to calculate the design sensitivity required in mathematical programming techniques and three different techniques such as sequential linear programming (SLP), sequential quadratic programming(SQP) and modified feasible direction method(MFDM) are consistently used in the design optimization of geodesic dome. The optimum member sizes of geodesic dome against several external loads is evaluated by the codes $ISADO-GA{\alpha}$ and ISADO-OPT. From a numerical example, we found that both optimization techniques such as GA and mathematical programming technique are very effective to calculate the optimum member sizes of three dimensional discrete structures and it can provide a very useful information on the existing structural system and it also has a great potential to produce new structural system for large spatial structures.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.6
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pp.26-32
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2016
Usually, there are many uncertainties regarding the error of an assumed load, material properties, member size, and structure analysis in a structure, and it may have a direct influence on the qualities of optimal design of structures. Probabilistic analysis has developed rapidly into a desirable process and structural reliability analysis is an increasingly important tool that assists engineers to consider uncertainties during the design, construction and life of a structure to calculate its probability of failure. This study deals with the applications of two optimization techniques to solve the reliability-based optimization problem of structures. The reliability-based optimization problem was formulated as a minimization of the structural volume subject to the constraints on the values of componential reliability index determined by the AFOSM approach. This presented method may be a useful tool for the reliability-based design optimization of structures.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2006.11a
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pp.248-251
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2006
This paper provides the basic theory and numerical results of shell design optimization considering the appearance of close natural frequencies in optimization process. In this study the fundamental natural frequency to be maximized is considered as the objective function and the initial volume of structures is used as the constraint function. In addition, the constraints related to natural frequency is also adopted to avoid the natural frequency closeness phenomenon during the optimization iteration. The Coon's patch is used to represent the shape and thickness distribution of shells. A degenerated shell finite element is adopted to calculate the fundamental natural frequency of the shells. The SQP available in the optimizer DoT is used to search optimum solution. From numerical results, the introduction of the frequency constraint into shell design optimization can deeply affect on the final optimum shape of shells although it is likely to be used to avoid the frequency closeness phenomenon.
No, Ung-Rae;Kim, Yu-Dan;Park, Jeong-Ju;Tak, Min-Je
Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.8
no.7
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pp.613-623
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2002
Ascent trajectory optimization and explicit guidance problems for a satellite launch vehicle with yaw maneuver in a 3-dimension are considered. The trajectory optimization problem with boundary conditions is formulated as a nonlinear programming problem by parameterizing the inertial pitch and yaw attitude control variables, and is solved by using the SQP algorithm. The flight constraints such as gravity-turn and range safety conditions are imposed. An explicit inertial guidance algorithm in the exoatmospheric phase is also presented. The guidance algorithm provides steering command and time-to-go value directly using the current states of the vehicle and the desired orbit insertion conditions. The liquid propelled Delta 2910 launch vehicle is used as a numerical model.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.1
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pp.144-151
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2003
In this paper, an optimum design problem for endosseous implant in dentistry is studied to find best implant design. An optimum design problem is formulated to reduce stresses arising at the cortical as well as cancellous bones, in which sufficient design parameters are chosen fur design definition that encompasses major implants in popular use. Optimization at once (OAO) with the large number of design variables, however, causes too costly solution or even failure to converge. A concept of multilevel optimization (MLO) is employed to this end, which is to group the design variables of similar nature, solve the sub-problem of smaller size fur each group in sequence, and this is iterated until convergence. Each sub-problem is solved based on the response surface method (RSM) due to its efficiency for small sized problem. Favorable solution is obtained by the MLO, which is compared to both solutions made by RSM and sequential quadratic programming (SQP) in the OAO problem.
Recently, more and more steel-deck structural system for two story roads has been adopted as a solution against traffic congestion in urban area, mainly because of fast construction, reduced self-weight, higher stiffness and efficient erection compared to that of concrete decks. The main objective is to study on the unit-elective optimal type and proportioning of a rational steel-deck system for two story roads using an optimum design program specifically developed for steel-deck systems. The objective function for the optimization is formulated as a minimum cost design problem. The behavior and design constraints are formulated based on the ASD(Allowable Stress Design) criteria of the Korean Bridge Design Code. The optimum design program developed in this study consists of two steps - the first step for the optimization of the steel box or plate girder viaducts, and the second step for the optimum design of the steel-decks with closed or open ribs. A grid model is used as a structural analysis model for the optimization of the main girder system, while the analysis of the deck system is based on the Pelican-Esslinger method. The SQP(Sequential Quadratic Programming) is used as the optimization technique for the constrained optimization problem. By using a set of application examples, the rational type related to the optimized steel-deck system designs is investigated by comparing the cost effectiveness of each type. Based on the results of the investigation it may be concluded that the optimal linear box girder and deck system with closed ribs may be utilized as one of the most rational and economical viaducts in the construction of two-story roads.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.20
no.6
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pp.29-37
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2016
This paper proposes a shape optimization of the metal boss for a composite motor case using finite element analysis. For the structural safety and the weight reduction of the composite motor case, under the internal pressure, the fiber stress in the dome area and the tightening bolt stress are constrained and the boss weight is set to objective function, respectively. The response surface models are constructed for the performance characteristics by using response surface method. The significance of the design variables about the performance characteristics is evaluated through the ANOVA(analysis of variance) and the goodness of fit test for the constructed model is performed through the regression analysis. The SQP(sequential quadratic programming) algorithm is used for the optimization and the proposed method is verified by performing structural analysis for the optimum shape.
Ku, Nam-Kug;Lee, Joon-Chae;Roh, Myung-Il;Hwang, Ji-Hyun;Lee, Kyu-Yeul
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.49
no.1
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pp.68-78
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2012
A layout of an LNG FPSO should be elaborately determined as compared with that of an onshore plant because many topside process systems are installed on the limited area; the deck of the LNG FPSO. Especially, the layout should be made as multi-deck, not single-deck and have a minimum area. In this study, a multi-floor layout for the liquefaction process, the dual mixed refrigerant(DMR) cycle, of LNG FPSO was determined by using the optimization technique. For this, an optimization problem for the multi-floor layout was mathematically formulated. The problem consists of 589 design variables representing the positions of topside process systems, 125 equality constraints and 2,315 inequality constraints representing limitations on the layout of them, and an objective function representing the total layout cost. To solve the problem, a hybrid optimization method that consists of the genetic algorithm(GA) and sequential quadratic programming(SQP) was used in this study. As a result, we can obtain a multi-floor layout for the liquefaction process of the LNG FPSO which satisfies all constraints related to limitations on the layout.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.8
no.4
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pp.47-55
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2008
This paper deals with basic theories and some numerical results on structural optimization for geodesic dome. First of all, the space efficiency of geodesic dome is investigated by using the ratio of icosahedron's surface area to the internal volume enclosed by it. The procedure how to create the geodesic dome is also provided in systematic way and implemented and utilized into the design optimization code ISADO-OPT. The mathematical programming technique is introduced to find out the optimum pattern of member size of geodesic dome against a point load. In this study, total weight of structure is considered as the objective function to be minimized and the displacement occurred at loading point and member stresses of geodesic dome are used as the constraint functions. The finite difference method is used to calculate the design sensitivity of objective function with respect to design variables. The SLP, SQP and MFDM available in the optimizer DoT is used to search optimum member size patterns of geodesic dome. It is found to be that the optimum member size pattern can be efficiently obtained by using the proposed design optimization technique and numerical results can be used as benchmark test as a basic reference solution for design optimization of dome structures.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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