This paper presents the optimum load-speed diagram evaluation for a linear micromotor, including multitude cantilever piezoelectric bimorphs, briefly. Each microbeam in the mechanism can be actuated in both axial and flexural modes simultaneously. For this design, we consider quasi-static and linear conditions, and a relatively new numerical method called the smoothed finite element method (S-FEM) is introduced here. For this purpose, after finding an optimum volume fraction for piezoelectric layers through a standard numerical method such as quadratic finite element method, the relevant load-speed curves of the optimized micromotor are examined and compared by deterministic topology optimization (DTO) design. In this regard, to avoid the overly stiff behavior in FEM modeling, a numerical method known as the cell-based smoothed finite element method (CS-FEM, as a branch of S-FEM) is applied for our DTO problem. The topology optimization procedure to find the optimal design is implemented using a solid isotropic material with a penalization (SIMP) approximation and a method of moving asymptotes (MMA) optimizer. Because of the higher efficiency and accuracy of S-FEMs with respect to standard FEMs, the main micromotor characteristics of our final DTO design using a softer CS-FEM are substantially improved.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.32
no.6
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pp.72-80
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2004
In this paper, the design procedure of a guidance algorithm in the boosting phase of missiles with free-flight after thrust cut-off is introduced. The purpose of the guidance is to achieve a required velocity vector at the thrust cut-off. Trajectory optimizations for four cost functions are performed to investigate implementable trajectories in the pitch plane. It is observed from the optimization results that high angle of attack maneuver in the beginning of the flight are required to satisfy the constraints. The proposed guidance algorithm consists of the pitch program to produce open-loop pitch attitude command and the yaw attitude command generator to nullify the velocity to go. The pitch program utilizes the pitch attitude histories obtained from the trajectory optimization.
The search for new structural systems capable of associating performance and safety requires deeper knowledge regarding the mechanical behavior of structures subject to different loading conditions. The Strut-and-Tie Model is commonly used to structurally designing some reinforced concrete elements and for the regions where geometrical modifications and stress concentrations are observed, called "regions D". This method allows a better structural behavior representation for strength mechanisms in the concrete structures. Nonetheless, the topological model choice depends on the designer's experience regarding compatibility between internal flux of loads, geometry and boundary/initial conditions. Thus, there is some difficulty in its applications, once the model conception presents some uncertainty. In this context, the present work aims to apply the Strut-and-Tie Model to nonlinear structural elements together with a topological optimization method. The topological optimization method adopted considers the progressive stiffness reduction of finite elements with low stress values. The analyses performed could help the structural designer to better understand structural conceptions, guaranteeing the safety and the reliability in the solution of complex problems involving structural concrete.
This study proposed a muti-objective optimum design method for rational optimizing of orthotropic steel deck bridges. This multi-objective optimum design method was found to be effective in optimizing multi-objective problems, considering cost and deflection functions. It may ve difficult to optimize orthotropic steel deck bridges using a conventional optimization, since the bridges have several parts and show complex structural behaviors. Therefore, the Pareto curve can be obtained by performing the multi-objective optimization for real orthotropic steel deck bridges, using the multi-level technique with excellent efficiency. A reasonable and economical design can be attained using the Parato curve in the cost and deflection functions of the bridge. Thus, more reasonable design values can be determined based on a comparison with those using a conventional design procedure.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.15
no.3
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pp.219-231
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2014
We develop a preliminary design optimization procedure in this paper regarding the wing planform in a solar-powered high-altitude long-endurance unmanned aerial vehicle. A high-aspect-ratio wing has been widely adopted in this type of a vehicle, due to both the high lift-to-drag ratio and lightweight design. In the preliminary design, its characteristics need to be addressed correctly, and analyzed in an appropriate manner. In this paper, we use the three-dimensional Euler equation to analyze the wing aerodynamics. We also use an advanced structural modeling approach based on a geometrically exact one-dimensional beam analysis. Regarding the structural integrity of the wing, we determine detailed configuration parameters, specifically the taper ratio and the span length. Next, we conduct a multi-objective optimization scheme based on the response surface method, using the present baseline configuration. We consider the structural integrity as one of the constraints. We reduce the wing weight by approximately 25.3 % from that in the baseline configuration, and also decrease the power required approximately 3.4 %. We confirm that the optimized wing has sufficient flutter margin and improved static longitudinal/directional stability characteristics, as compared to those of the baseline configuration.
Four algorithms for damage detection of trusses are presented in this paper. These approaches can detect damage by using both complete and incomplete measurements. The suggested methods are based on the minimization of the difference between the measured and analytical static responses of structures. A non-linear constrained optimization problem is established to estimate the severity and location of damage. To reach the responses, the successive quadratic method is used. Based on the objective function, the stiffness matrix of the truss should be estimated and inverted in the optimization procedure. The differences of the proposed techniques are rooted in the strategy utilized for inverting the stiffness matrix of the damaged structure. Additionally, for separating the probable damaged members, a new formulation is proposed. This scheme is employed prior to the outset of the optimization process. Furthermore, a new tactic is presented to select the appropriate load pattern. To investigate the robustness and efficiency of the authors' method, several numerical tests are performed. Moreover, Monte Carlo simulation is carried out to assess the effect of noisy measurements on the estimated parameters.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.28
no.9
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pp.1051-1057
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2004
A numerical optimization procedure for the shape of three-dimensional channel with angled ribs mounted on one of the walls to enhance turbulent heat transfer is presented. The response surface method is used as an optimization technique with Reynolds-averaged Wavier-Stokes analyses of flow and heat transfer. SST turbulence model is used as a turbulence closure. Computational results for local heat transfer rate show reasonable agreements with experimental data. The pitch-to-height ratio of the rib and rib height-to-channel height ratio are set to be 9.0 and 0.1, respectively, and width-to-rib height ratio and attack angle of the rib are chosen as design variables. The objective function is defined as a linear combination of heat-transfer and friction-loss related terms with weighting factor. Full-factorial experimental design method is used to determine the data points. Optimum shapes of the channel have been obtained in the range from 0.0 to 0.1 of weighting factor.
In this paper, the response surface method using three-dimensional Navier-Stokes analysis to optimize the shape of a forward-curved blades centrifugal fan, is described. For numerical analysis, Reynolds-averaged Navier-Stokes equations with standard k-e turbulence model are transformed into non-orthogonal curvilinear coordinate system, and are discretized with finite volume approximations. Due to the large number of blades in forward-curved blades centrifugal fan, the flow inside of the fan is regarded as steady flow by introducing the impeller force models for economic calculations. Linear Upwind Differencing Scheme(LUDS) is used to approximate the convection terms in the governing equations. SIMPLEC algorithm is used as a velocity-pressure correction procedure. Design variables, location of cur off, radius of cut off, expansion angle of scroll and width of impeller were selected to optimize the shapes of scroll and blades. Data points for response evaluations were selected by D-optimal design, and linear programming method was used for the optimization on the response surface. As a main result of the optimization, the efficiency was successfully improved. It was found that the optimization process provides reliable design of this kind of fans with reasonable computing time
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.24
no.8
s.179
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pp.2131-2142
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2000
As recent production facilities are usually operated with unmanned material-handling system, the development of an efficient schedule with deadlock avoidance becomes a critical problem. Related researches on deadlock avoidance usually focus on real-time control of manufacturing system using deadlock avoidance policy. But little off-line optimization of deadlock-free schedule has been reported. This paper presents an optimization method for deadlock-free scheduling for Job-Shop system with no buffer. The deadlock-free schedule is acquired by the procedure that generates candidate lists of waiting operations, and applies a deadlock avoidance policy. To verify the proposed approach, simulation resultsare presented for minimizing makespan in three problem types. According to the simulation results the effect of each deadlock avoidance policy is dependent on the type of problem. When the proposed LOEM (Last Operation Exclusion Method) is employed, computing time for optimization as well as makespan is reduced.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2004.05a
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pp.635-644
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2004
A method of identifying structural parameters such as stiffness and damping coefficients at interfacial points of vibro-acoustic systems is suggested using an optimization technique. To identify the parameters using a numerical optimization algorithm, cost functions are defined. The cost function should be zero at the correct parameter values. To minimize the cost functions using an optimization technique, a design sensitivity analysis procedure is developed in the framework of the multi-domain FRF-based substructuring method. As a numerical example, a ladder-like structure problem is introduced. With known parameter values and different initial guesses of the parameters, convergence characteristics to the exact value are compared f3r the three cost functions. Investigating the contours of the cost functions, we find the first cost function has the largest convergent region to the correct value. As another practical problem, stiffnesses of engine mounts and bushings in a passenger car are identified. The numerical examples show that the proposed method is efficient and accurate far realistic problems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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