In the present study, an integrated framework of geometric modeling, analysis, and design optimization is proposed. Geometric modeling is based on B-spline surface representation. Geometrically-exact shell finite element is implemented in analysis module. Control points of the surface are selected as design variables for optimization, which can make the interaction easier between analysis and surface representation. Sequential linear programming(SLP) is adopted for the shape optimization of surfaces. For the computation of shape sensitivities, semi-analytical method is used. The developed integrated framework should serve as a powerful tool for the geometric modeling, analysis, and shape design of surfaces.
This paper deals with a new methodology for topology optimization in which the topology of the design domain may change during the shape optimization process. To achieve this, the concept of the topological gradient is introduced to compute the sensitivity of an objective function when a small hole is drilled in the domain. Based on shape and topological sensitivity values, the shape and topology of the design domain may be simultaneously changed during design iterations if necessary. To verify the advantages and also to facilitate understanding of the method itself, two electrostatic design problems have been tested by using 2D finite element analysis: the first is the inverse problem of a simple dielectric model and the second is the rotor design of a MEMS actuator.
수중에서 발사체가 고속으로 주행할 때 발사체의 머리 즉, 캐비테이터 만이 물과 접촉한 상태에서 커다란 공동이 발생하여 몸체 전체를 뒤덮는 초공동현상이 발생한다. 초공동 상태에서는 발사체는 저항이 감소되어 매우 빠른 속도를 낼 수 있게 된다. 더욱이 캐비테이터가 적합한 형상을 가지게 되면 매우 낮은 압력저항을 유지하고 전체적인 저항도 획기적으로 줄일 수 있기 때문에 본 연구에서는 주어진 작용환경 하에서 저항을 최소화 하기위한 최적의 캐비테이터 형상최적설계 문제를 고려하였다. 그리고 효율적인 캐비테이터 형상최적화를 위해 공동과 캐비테이터 형상을 하나의 죄적화로 변환한 동시최적화기법을 수행하였다.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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제12권1호
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pp.455-467
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2020
Shape design optimization for Blended-wing-body Underwater Gliders (BWBUGs) is usually computationally expensive. In our previous work, a simplified shape optimization (SSO) strategy is proposed to alleviate the computational burden, which optimizes some of the Sectional Airfoils (SAs) instead of optimizing the 3-D shape of the BWBUG directly. Test results show that SSO can obtain a good result at a much smaller computational cost when three SAs are adopted. In this paper, the performance of SSO is investigated with a different number of SAs selected from the BWBUG, and the results are compared with that of the Direct Shape Optimization (DSO) strategy. Results indicate that SSO tends to perform better with more SAs or even outperforms the DSO strategy in some cases, and the amount of saved computational cost also increases when more SAs are adopted, which provides some reference significance and enlarges the applicability range of SSO.
Shape optimization of a transonic axial compressor rotor operating at the design flow condition has been performed using three-dimensional Navier-Stokes analysis and three different surrogate models: i.e.., Response Surface Method(RSM), Kriging Method, and Radial Basis Function(RBF). Three design variables of blade sweep, lean and skew are introduced to optimize the three-dimensional stacking line of the rotor blade. The object function of the shape optimization is selected as an adiabatic efficiency. Throughout the shape optimization of the rotor blade, the adiabatic efficiency is increased for the three different surrogate models. Detailed flow characteristics at the optimal blade shape obtained by different optimization method are drawn and discussed.
Genetic Algorithm(GA) is applied to aerodynamic shape optimization and demonstrated its merits in global searching ability and the independency of differentiability. However, applications of GA are limited due to slow convergence rate, premature termination, and high computing costs. The present aerodynamic designs such as wing shape optimizations using GA have seldom been applied because of high computing costs. This paper has two objects; improvement of the efficiency of GA and application of GA into aerodynamic shape optimization for 2D and 3D wings. The study indicates that GA can be applied to aerodynamic design and its performance is comparable to traditional design methods.
The paper presents an optimization system which integrates a parametric design tool, 3D diffraction-radiation analysis and hydrodynamic performance assessment based on short and long term wave statistics. Controlled by formal optimization strategies the system is able to design offshore structure hulls with superior seakeeping qualities. The parametric modeling tool enables the designer to specify the geometric characteristics of the design from displacement over principal dimensions down to local shape properties. The computer generates the hull form and passes it on to the hydrodynamic analysis, which computes response amplitude operators (RAOs) for forces and motions. Combining the RAOs with short and long-term wave statistics provides a realistic assessment of the quality of the design. The optimization algorithm changes selected shape parameters in order to minimize forces and motions, thus increasing availability and safety of the system. Constraints ensure that only feasible designs with sufficient stability in operation and survival condition are generated. As an example the optimization study of a semisubmersible is discussed. It illustrates how offshore structures can be optimized for a specific target area of operation.
In this paper the trust region method is studied and applied in aerodynamic shape optimization. The trust region method is a gradient-based optimization method, but it is not as popular as other methods in engineering computations. Its theory will be explained for unconstrained optimization problems and a trust region subproblem will be solved with the dogleg method. After verifying the trust region method with analytical test problems, it is applied to aerodynamic shape design optimization and the performance of airfoil is improved successfully.
Topology optimization method has a great advantage and capability over a conventional shape optimization technique because it optimizes a topology as well as a shape and size of structure. The purpose of the present study, using topology optimization method with an objective function of minimum compliance as a mechanism of bone remodeling, is to examine which shape factors of femur is strongly related with the curvature of femoral shaft. As is expected, the optimized curvature increased definitely with neck angle among the shape factors and showed a similar trend with the measured curvature to neck angle. Therefore, the topology optimization method can be successfully applied in the analysis of bone remodeling phenomenon in the subsequent studies.
Metaheuristic algorithm is used to solve the weight minimization problem of truss structures considering shape, and sizing design variables. The cross-sectional areas of the line element in trusses are the design variables for size optimization and the changeable joint coordinates are the shape optimization used in this study. The design of plane and spatial truss structures are optimized by metaheuristic technique named Teaching-Learning-Based Optimization (TLBO). Finite element analyses of structures and optimization process are carried out by the computer program visually developed by the authors coded in MATLAB. The four benchmark problems (trusses 2D ten-bar, 3D thirty-seven-bar, 3D seventy-two-bar and 2D two-hundred-bar) taken from literature are optimized and the optimal solution compared the results given by previous studies.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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