Collaborative optimization (CO) is a multi-level decomposed methodology for a large-scale multidisciplinary design optimization (MDO). CO is known to have computational and organizational advantages. Its decomposed architecture removes a necessity of direct communication among disciplines, guaranteeing their autonomy. However, CO has several problems at convergence characteristics and computation time. In this study, such features are discussed and some suggestions are made to improve the performance of CO. Only for the system level optimization, genetic algorithm is used and gradient-based method is used for subspace optimizers. Moreover, response surface models are replaced as analyses in subspaces. In this manner, CO is applied to aero-structural design problems of the aircraft wing and its results are compared with the multidisciplinary feasible (MDF) method and the original CO. Through these results, it is verified that the suggested approach improves convergence characteristics and offers a proper solution.
Kim, Hyun-Suk;Lee, Ki-Myung;Kim, Min-Geun;Cho, Seon-Ho
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.47
no.1
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pp.58-66
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2010
Topology design optimization is a method to determine the optimal distribution of material that yields the minimal compliance of structures, satisfying the constraint of allowable material volume. The method is easy to implement and widely used so that it becomes a powerful design tool in various disciplines. In this paper, a large-scale topology design optimization method is developed using the efficient adjoint sensitivity and optimality criteria methods. Parallel computing technique is required for the efficient topology optimization as well as the precise analysis of large-scale problems. Parallelized finite element analysis consists of the domain decomposition and the boundary communication. The preconditioned conjugate gradient method is employed for the analysis of decomposed sub-domains. The developed parallel computing method in topology optimization is utilized to determine the optimal structural layout of human powered vessel.
In this study, we conducted a design optimization of the Type 4 composite pressure vessels to enhance the pressure-resistant performance of the vessels while keeping the thickness of the composite layer. The design variables for the optimization were the stacking angles of the helical layers of the vessels to improve the performance. Since the carbon fibers are expensive material, it is desirable to reduce the use of the carbon fibers by applying an optimal design of the composite pressure vessel. The structural analysis and optimization process for the design of Type 4 composite pressure vessels were carried out using a commercial finite element analysis software, Abaqus and a plug-in for automated simulation, Isight, respectively. The optimization results confirmed the performance and safety of the optimized Type 4 composite pressure vessels was enhanced by 12.84% compared to the initial design.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.31
no.4
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pp.147-156
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1994
Though optimization method had been used for long time for the optimal design of ship structure, design variables in the most cases were assumed to be continuous real values or it was not easy to solve the mixed integer optimum design problems using the conventional optimization methods. Thus, it was often tried to use various initial starting points to locate the best optimum paint and to use special method such as branch and bound method to handle the discrete design variables in the optimization problems. Sometimes it had succeed, but the essential problems for dealing with the local optimum and discrete design variables was left unsolved. Hence, in this paper, Genetic Algorithms adopting the biological evolution process is applied to the ship structural design problem where the integer values for the number of stiffen design variables or the discrete values for the plate thickness variables would be more preferable in order to find out their effects on the final optimum design. Through the numerical result comparisons, it was found that Genetic Algorithm could always yield the global optimum for the discrete and mixed integer structural optimization problem cases even though it takes more time than other methods.
Gimm, Hak In;Nam, Byoung Uk;Kim, Gwang Tae;Kim, Byung Un
Journal of the Korea Institute of Military Science and Technology
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v.21
no.3
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pp.264-278
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2018
The support structure of an optical mirror system is the one of the important design elements because the one affects the optical aberrations of the mirror surface. In this paper, Lagrange equation of the moving body of the fast steering mirror system(FSM) has been formulated to use with optimization design. Major goals for optimization are to assign the reasonably flexible stiffness to the structure and to enhance the first natural frequency of the mirror and support system in aid of more affordable control bandwidth for the FSM. Pursuing these purposes with the proposed method, the finite element analysis(FEA), optimization technique and the Zernike polynomial estimation are used for the design effects. It is concluded that the proposed approach for design well guides toward the desired design goals with regards to both structural and optical performances.
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.20
no.7
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pp.66-71
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2021
In this study, the shape design optimization of a refrigerator door hinge stopper was performed to reduce the discrepancy in the opening forces of the left and right doors of a double-door refrigerator. A finite element model was constructed and analyzed by quasi-static analyses to evaluate the structural performance of the door hinge stopper. The reaction moment calculated at the hinge axis was used as a measure of the door opening and closing forces. The design objective is to increase the door opening force by 50% while maintaining the door closing force and the maximum stress calculated in the body of the hinge stopper at the current level. A new design concept with a contacting slot was proposed to decouple the door closing and opening forces. Shape optimization was performed to determine the dimensions of the new design of the hinge stopper, and the rib pattern was determined by topological optimization to further increase the door opening force. It was observed that the new design met all design requirements.
Transactions of the Korean Society of Automotive Engineers
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v.5
no.6
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pp.13-27
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1997
In the modern design technology, a component should be designed to fit into the overall system performance. A design methodology is developed to expedite the mechan- ical design of complex mechanical systems, The relation between the system design and component design is defined by a top-down approach and the results from the system design are utilized in the component design process. As a design example, an automobile exhaust system is selected for the system design and a bellows is chosen for a component design. Design methodology based on the top-down approach consists of five steps; (1) Analysis of service load, (2) Development of a lumped parameter, (3) Completion of the system design, (4) Selection of the component topology, (5) Completion of the component design, A method using a equivalent matrix is developed in order to determine unknown external forces in linear structural analyses. The bellows is also analyzed by the finite element method using a conical frustum shell element. Various experiments are performed to verify the developed theories. The top-down desi- gn approach is demonstrated by a design case using structural and shape optimization technology. Since the method is relatively simple and easy compared to other methods, it can be applied to the general design where system and component designs are involves simultaneously.
In this article, a harmony search algorithm is presented for optimum design of steel frame structures. Harmony search is a meta-heuristic search method which has been developed recently. It is based on the analogy between the performance process of natural music and searching for solutions of optimization problems. The design algorithms obtain minimum weight frames by selecting suitable sections from a standard set of steel sections such as American Institute of Steel Construction (AISC) wide-flange (W) shapes. Stress constraints of AISC Load and Resistance Factor Design (LRFD) and AISC Allowable Stress Design (ASD) specifications, maximum (lateral displacement) and interstorey drift constraints, and also size constraint for columns were imposed on frames. The results of harmony search algorithm were compared to those of the other optimization algorithms such as genetic algorithm, optimality criterion and simulated annealing for two planar and two space frame structures taken from the literature. The comparisons showed that the harmony search algorithm yielded lighter designs for the design examples presented.
Proceedings of the Korean Society of Machine Tool Engineers Conference
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2001.04a
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pp.40-45
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2001
The relationship between structural geometry and number of life cycles to failure is investigated to improve the fatigue life of structural components. The linear elastic fracture mechanics(LEFM) approach is integrated with shape optimal design methodology. The primary objective of this study is to decide an optimal shape for enhancing the life of the structure. The results from LEFM analyses are used in the fatigue model to predict the life of the structure before failure is occurred. The shape of the structure is optimized by using the growth strain method. Relevant issues such as problem formulation, finite element modeling are explained. Three design examples are solved, and the results show that, with proper shape changes, the life of structural systems subjected to fatigue loads can be enhanced significantly.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.467-472
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2006
The purpose of this paper is to check the structural safety of the network equipments by performing the static and dynamic finite element analysis. The stress and displacement of structures under static loading condition are evaluated to check whether satisfying the design requirement conditions. Since the computed natural frequencies are similar to the results of experiment. the model could be used for the response spectrum analysis where experimental acceleration value at each frequency are used as seismic input excitation. It is shown that the analysis results are a little bit larger than that of the experimental values. Also sensitivity analysis and optimization for the natural frequency are performed and it is found that the first natural frequency is very sensitive to the stiffness of the equipment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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