In order to improve trial-and-error based conventional practices for optimizing forming processes, a direct design method to guide iterative design practices, called the ideal forming theory, has been previously developed. In the theory, material elements are required to deform following the minimum Plastic work Path. The theory can be used to determine the ideal initial blank shape needed to best achieve a specified final shape while resulting in optimum strain distributions. In this work, the direct design method based on the ideal forming theory was applied to design initial design shape for VCR deck chassis. Based on the solution of the ideal forming theory, FEM analysis was utilized to evaluate an optimum blank shape to be formed without tearing. Simulation results are in good agreement with experimental data. It was shown that the proposed sequential design procedure based on direct design method and FEM can be successfully applied to optimize the die design Procedure of sheet metal forming processes.
Shape design optimization for linear elasticity problem is performed using isogeometric analysis method. In many design optimization problems for real engineering models, initial raw data usually comes from CAD modeler. Then designer should convert this CAD data into finite element mesh data because conventional design optimization tools are generally based on finite element analysis. During this conversion there is some numerical error due to a geometry approximation, which causes accuracy problems in not only response analysis but also design sensitivity analysis. As a remedy of this phenomenon, the isogeometric analysis method is one of the promising approaches of shape design optimization. The main idea of isogeometric analysis is that the basis functions used in analysis is exactly same as ones which represent the geometry, and this geometrically exact model can be used shape sensitivity analysis and design optimization as well. In shape design sensitivity point of view, precise shape sensitivity is very essential for gradient-based optimization. In conventional finite element based optimization, higher order information such as normal vector and curvature term is inaccurate or even missing due to the use of linear interpolation functions. On the other hands, B-spline basis functions have sufficient continuity and their derivatives are smooth enough. Therefore normal vector and curvature terms can be exactly evaluated, which eventually yields precise optimal shapes. In this article, isogeometric analysis method is utilized for the shape design optimization. By virtue of B-spline basis function, an exact geometry can be handled without finite element meshes. Moreover, initial CAD data are used throughout the optimization process, including response analysis, shape sensitivity analysis, design parameterization and shape optimization, without subsequent communication with CAD description.
Multi-pass shape drawing is used to manufacture long products of arbitrary cross-sectional shapes. This process allows smooth surface finishes and closely controlled dimensions of the cross-sectional shape. Tube shape drawing for hollow type products provides material savings and weight reduction. The intermediate die shapes are very important in multi-pass tube shape drawing. In the current paper, the design method for the intermediate dies in a tube shape drawing process is developed using a die offset for corner filling (DOCF) method. Underfill defects are related to the radial velocity distribution of each divided section in the deformation zone. The developed intermediate die shape design was applied to the two-pass tube shape drawing with fixed mandrel for manufacturing a hollow linear motion (LM) guide rail. The proposed design method led to uniform and steady metal flow at each divided section. FE-simulations and experiments were conducted to validate the effectiveness of the proposed method in multi-pass tube shape drawing process.
This paper describes a new method for the faster shape optimization of the electromagnetic devices. In a conventional iterative method of shape design optimization using design sensitivity based on a finite element method, meshes for a new shape of the model are generated and a discretized system equation is solved using the meshes in each iteration. They cause much design time. To save this time, a polynomial approximation of the finite element solution with respect to the geometric design parameters using Taylor expansion is constructed. This approximate state variable expressed explicitly in terms of design parameters is employed in a gradient-based optimization method. The proposed method is applied to the shape design of quadrupole magnet.
The term 'module' is an architectural term. It refers to the components or systems that make up a finished product. As industries develop, modules have become one of the methods that can create diverse and creative designs. Traditional modular fashion design mainly focused on structural methods, such as the combination, assembly, overlap, and arrangement of modules, as well as the tessellation of geometric shapes. However, in this paper, significance lies in exploring the application of shape grammar, a design method in architecture, to fashion design. It aims to search for ways to express three-dimensional designs, derive designs that can be worn and produced, and propose fashion design by applying the rules of shape grammar to the design process. Through this analysis, the paper aims to examine the methods and characteristics of shape grammar. The research method of this paper is as follows. First, by utilizing optimized programs for implementing the modules of shape grammar, it was possible to propose a method for producing modules of shape grammar and suggest module designs. Additionally, effective methods of representation using the Clo 3D program were explored in the design development process. Second, by applying shape grammar to the fashion design process, five-dimensional modular fashion designs were proposed, including a bolero, dress 1, dress 2, setup, and coat. The proposed modular fashion design using shape grammar in this paper provides a rational design process that differentiates itself from traditional modular fashion design. By formalizing the shapes between modules and creating rules, it overcomes the limitations of design that rely on the designer's intuition or sensibility and enables the development of more diverse modular fashion designs. This application of shape grammar in fashion design can provide an important direction in exploring a sustainable fashion industry.
The sensitivity method has been applied to find perform shape that results in the desired shape after foring. As a 2D example, initial shape of specimen for the cylinder shape without barrelling after forging has been found. The method is then applied to various shapes of 3D free forging and initial shapes of the corresponding specimens after forging have been found successfully The sensitivity method is proven to be an effective and accurate tool for the preform design.
Several reverse design methods are developed and applied to the suction or pressure surface for finding design values of blade geometry for a given axial turbine blade. Re-designed blade profiles using shape parameters are compared with measured blade data. Essential shape parameters for blade design are induced by the procedure of reverse design for best fitting. Characteristics of shape parameters are evaluated through the system design method and restriction conditions of structural stability or aerodynamic flow loss. Some of shape parameters i.e blade radius or exit blade angle etc., are classified to weakly adjustable shape parameters, otherwise strongly adjustable shape parameters which would be applied for controlling blade shape. Average deviation values between the measured data and re-designed blade using shape parameters are calculated for each design method. Comparing with the average deviation for a given blade geometry, minimum shape parameters required to design a blade geometry are obtained.
In this paper, we present an optimal shape design method for a dielectric microlens which is used to focus an incoming infrared plane wave in wideband, by exploiting the finite difference time domain (FDTD) technique and the topology optimization technique. Topology optimization is a scheme to search an optimal shape by adjusting the material properties, which are design variables, within the design space. And by introducing the adjoint variable method, we can effectively calculate a derivative of the objective function with respect to the design variable. To verify the proposed method, a shape design problem of a dielectric microlens is tested when illuminated by a transverse electric (TE)-polarized infrared plane wave. In this problem, the design variable is the dielectric constant within the design space of a dielectric microlens. The design objective is to maximally focus the incoming magnetic field at a specific point in wideband.
Design of shape for visco-elastic vibration isolation elements, which are very cost-effective and so popular in many applications is frequently based on experiences, intuitions, or trial and errors. Such traditions in shape design make it difficult for drastic changes or new concepts to come out. In this paper, both topological method and shape optimization method are combined together to find out a most desirable isolator shape efficiently by using two commercial engineering programs. ABAQUS and MATLAB. The procedure is divided into two steps. At the first step, a topology optimization method is employed to find an initial shape. where density of either 0 or 1 for finite elements is used for physical realizability. At the second step, based on the initial shape, finer tuning of the shape is done by boundary movement method. An illustration of the procedure will be presented for a mount of an air-conditioner compressor system and the effectiveness will be discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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