Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.23
no.3
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pp.258-265
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2017
This paper validates a system identification method using mathematical optimization using sea trial measurement data as a benchmark. A fast time simulation tool, SIMOPT, and a Rheinmetall Defence mathematical model have been adopted to conduct initial hydrodynamic coefficient estimation and simulate ship modelling. Calibration for the environmental effect of sea trial measurement and sensitivity analysis have been carried out to enable a simple and efficient optimization process. The optimization process consists of three steps, and each step controls different coefficients according to the corresponding manoeuvre. Optimization result of Step 1, an optimization for coefficient on x-axis, was similar compared to values applying an empirical regression formulae by Clarke and Norrbin, which is used for SIMOPT. Results of Steps 2 and 3, which are for linear coefficients and nonlinear coefficients, respectively, was differ from the calculation results of the method by Clarke and Norrbin. A comparison for ship trajectory of simulation results from the benchmark and optimization results indicated that the suggested stepwise optimization method enables a coefficient tuning in a mathematical way.
In this paper, a new meta-heuristic optimization method is presented. This new method is named "Numbers Cup Optimization" (NCO). The NCO algorithm is inspired by the sport competitions. In this method, the objective function and the design variables are defined as the team and the team members, respectively. Similar to all cups, teams are arranged in groups and the competitions are performed in each group, separately. The best team in each group is determined by the minimum or maximum value of the objective function. The best teams would be allowed to the next round of the cup, by accomplishing minor changes. These teams get grouped again. This process continues until two teams arrive the final and the champion of the Numbers Cup would be identified. In this algorithm, the next cups (same iterations) will be repeated by the improvement of players' performance. To illustrate the capabilities of the proposed method, some standard functions were selected to optimize. Also, size optimization of three benchmark trusses is performed to test the efficiency of the NCO approach. The results obtained from this study, well illustrate the ability of the NCO in solving the optimization problems.
The need to increase the reliability of a structural system has been significantly brought in the procedure of real designs to consider, for instance, the material properties or geometric dimensions that reveal a random or incompletely known nature. Reliability based design optimization of a real system now becomes an emerging technique to achieve reliability, robustness and safety of these problems. Finite element analysis program and the reliability analysis program are necessary to evaluate the responses and the probabilities of failure of the system, respectively. Moreover, integration of these programs is required during the procedure of reliability based design optimization. It is well known that reliability based design optimization can often have so many local minima that it cannot converge to the specified probability of failure. To overcome this problem, barrier function method in reliability based design optimization is suggested. To illustrate the proposed formulation, reliability based design optimization of a bracket is performed. AMV and FORM are employed for reliability analysis and their optimization results are compared based on the accuracy and efficiency.
Proceedings of the Korean Society of Tribologists and Lubrication Engineers Conference
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2001.11a
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pp.166-171
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2001
In order to improve the efficiency of the design process and the quality of the resulting design for the application-based exclusive rolling element bearings, this study propose design methodologies by using a genetic-based combinatorial optimization. By the presence of discrete variables such as the number of rolling element (standard component) and by the engineering point of views, the design problem of the rolling element bearing can be characterized by the combinatorial optimization problem as a fully discrete optimization. A genetic algorithm is used to efficiently find a set of the optimum discrete design values from the pre-defined variable sets. To effectively deal with the design constraints and the multi-objective problem, a ranking penalty method is suggested for constructing a fitness function in the genetic-based combinatorial optimization. To evaluate the proposed design method, a robust performance analyzer of ball bearing based on quasi-static analysis is developed and the computer program is applied to some design problems, 1) maximize fatigue life, 2) maximize stiffness, 3) maximize fatigue life and stiffness, of a angular contact ball bearing. Optimum design results are demonstrate the effectiveness of the design method suggested in this study. It believed that the proposed methodologies can be effectively applied to other multi-objective discrete optimization problems.
The optimum design of truss structures is one of the significant categories in structural optimization that has widely been applied by researchers. In the present study, new mathematical programming called Consistent Approximation (CONAP) method is utilized for the simultaneous optimization of the size and shape of truss structures. The CONAP algorithm has already been introduced to optimize some structures and functions. In the CONAP algorithm, some important parameters are designed by employing design sensitivities to enhance the capability of the method and its consistency in various optimum design problems, especially structural optimization. The cross-sectional area of the bar elements and the nodal coordinates of the truss are assumed to be the size and shape design variables, respectively. The displacement, allowable stress and the Euler buckling stress are taken as the design constraints for the problem. In the proposed method, the primary optimization problem is replaced with a sequence of explicit sub-problems. Each sub-problem is efficiently solved using the sequential quadratic programming (SQP) algorithm. Several truss structures are designed by employing the CONAP method to illustrate the efficiency of the algorithm for simultaneous shape and size optimization. The optimal solutions are compared with some of the mathematical programming algorithms, the approximation methods and metaheuristic algorithms those reported in the literature. Results demonstrate that the accuracy of the optimization is improved and the convergence rate speeds up.
In the current paper, the optimization shape of a polysilicon variable-capacitance micromotor (VCM) was determined using the seeker optimization algorithm (SOA). The optimum goal of the algorithm was to find the maximum torque value and minimum ripple torque by varying the geometrical parameters. The optimization process was performed using a combination of SOA and the finite-element method (FEM). The fitness value was calculated via FEM analysis using COMSOL3.4, and SOA was realized by MATLAB7.4. The proposed method was applied to a VCM with eight and six poles at the stator and rotor, respectively. For comparison, this optimization was also performed using the genetic algorithm. The results show that the optimized micromotor using SOA had a higher torque value and lower torque ripple, indicating the validity of this methodology for VCM design.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.24
no.3
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pp.367-372
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2018
The objective of this paper is to optimize the cross-section of aluminum decking units used in the bass boats under operating conditions, and to verify the optimized model from the results via by ANSYS software. Aluminum decking unit is needed to endure specific loading while leisure activity and sailing. For a stiffer and more cost-neutral aluminum decking unit, optimization is often considered in the naval and marine industries. This optimization of the aluminum decking unit is performed using the ANSYS program, which is based on the topology optimization method. The generation of finite element models and stress evaluations are conducted using the ANSYS Multiphysics module, which is based on the Finite Element Method (FEM). Through such a series of studies, it was possible to determine the most suitable case for satisfying the structural strength found among the phase-optimized aluminum deck units in bass boats. From these optimization results, CASE 1 shows the best solution in comparison with the other cases for this optimization. By linking the topology optimization with the structural strength analysis, the optimal solution can be found in a relatively short amount of time, and these procedures are expected to be applicable to many fields of engineering.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2004.10a
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pp.1256-1261
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2004
Nonlinear Response Optimization using Equivalent Static Loads (NROESL) method/algorithm is proposed to perform optimization of non-linear response structures. It is more expensive to carry out nonlinear response optimization than linear response optimization. The conventional method spends most of the total design time on nonlinear analysis. Thus, the NROESL algorithm makes the equivalent static load cases for each response and repeatedly performs linear response optimization and uses them as multiple loading conditions. The equivalent static loads are defined as the loads in the linear analysis, which generates the same response field as those in non-linear analysis. The algorithm is validated for the convergence and the optimality. The function satisfies the descent condition at each cycle and the NROESL algorithm converges. It is mathematically validated that the solution of the algorithm satisfies the Karush-Kuhn-Tucker necessary condition of the original nonlinear response optimization problem. The NROESL algorithm is applied to two structural problems. Conventional optimization with sensitivity analysis using the finite difference method is also applied to the same examples. The results of the optimizations are compared. The proposed method is very efficient and derives good solutions.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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v.11
no.4
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pp.1972-1986
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2017
With the advent of the knowledge economy, science and technology resources have played an important role in economic competition, and their optimal allocation has been regarded as very important across the world. Thus, allocation optimization research for regional science and technology resources is significant for accelerating the reform of regional science and technology systems. Regional science and technology resource allocation optimization is modeled as a double-layer optimization model: the entire system is characterized by top-layer optimization, whereas the subsystems are characterized by bottom-layer optimization. To efficaciously solve this optimization problem, we propose a mixed search method based on the orthogonal genetic algorithm and sensitivity analysis. This novel method adopts the integrated modeling concept with a combination of the knowledge model and heuristic search model, on the basis of the heuristic search model, and simultaneously highlights the effect of the knowledge model. To compare the performance of different methods, five methods and two channels were used to address an application example. Both the optimized results and simulation time of the proposed method outperformed those of the other methods. The application of the proposed method to solve the problem of entire system optimization is feasible, correct, and effective.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.29
no.6
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pp.607-612
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2012
The wear problem of wheel flange occurs at sharp curves of rail. This paper proposes a procedure for optimum design of a wheel profile wherein flange wear is reduced by improving an interaction between wheel and rail. Application of optimization method to design problem mainly depends on characteristics of design space. This paper compared local optimization method with global optimization according to sensitivity value of objective function for design variables to find out which optimization method is appropriable to minimize wear of wheel flange. Wheel profile is created by a piecewise cubic Hermite interpolating polynomial and dynamic performances are analyzed by a railway dynamic analysis program, VAMPIRE. From the optimization results, it is verified that the global optimization method such as genetic algorithm is more suitable to wheel profile optimization than the local optimization of SQP (Sequential Quadratic Programming) in case of considering the lack of empirical knowledge for initial design value.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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