Kim, Joo-Kwon;Kwak, Jae-Seob;Kim, Jun-Min;Lee, Jun-Han;Kim, Jong-Sun
Design & Manufacturing
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v.11
no.2
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pp.1-8
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2017
In this study, we applied microcellular foaming injection molding process to improve the performance of system air-conditioner drain fan which had been produced by injection molding process and studied the optimization of process conditions through 6-sigma process and response surface method (RSM) to reduce weight and deformation of products. Additive type, melt temperature, mold temperature, and injection screw shape were selected as the factor affecting the weight and deformation of the products by carrying out analysis of trivial many through ANOVA and design of experiment (DOE) method. Among the effect factor, we set the addictive type to Long G/F and screw shape to foaming screw which had the highest level of weight reduction and deformation reduction. The amount of foaming agent gas was set at 60 ml, which was the limit beyond which the weight of product did not decrease any more. For melt temperature and mold temperature, we studied the conditions where both weight and deformation were minimized using the RSM. As a result, we set the melt temperature to $250^{\circ}C$, fixed mold temperature to $20^{\circ}C$, and moving mold temperature to $40^{\circ}C$. The improvement effect was analyzed by appling the selected optimal conditions to the production process using the microcellular foaming injection molding. The results showed that the mean weight of product was measured to be 1,420g which was 19% lower than that measured in the current process. The standard deviations of the weights were found to be similar to those in the current process and it showed a low dispersion. The mean deformation was measured to be 0.9237mm, which represented a 57% reduction compared to the mean deformation in the current process, and the standard deviation decreased from 0.3298mm to 0.1398mm. Moreover, we analyzed the process capability for deformation, and the results showed that the short-term process capability increased from 2.73 to 6.60 which was even higher than targeted level of 6.0.
Reducing the noise and vibration of the BLDC motors is very essential for some special applications. In this paper, a new structural design is introduced to increase the natural frequencies of the stator in BLDC motors as increasing the natural frequencies can reduce the severe effects of the structural resonances, including high levels of noise and vibration. The design is based on placing a single hole on definite regions at the stator cross sectional area (each region contains one tooth and its upper parts in the stator yoke) in an optimum way by which the natural frequencies at different modes are shifted to the higher values. The optimum diameter and locations for the holes are extracted by the Response Surface Methodology (RSM) and the modal analyses in the iterative process are done by Finite Element Method (FEM). Moreover, the motor performance by the optimum stator structure is analyzed by FEM and compared with the prototype motor. Preventing the stator magnetic saturation and the motor cogging torque enhancement are the two constraints of the optimization problem. The optimal structural design method is applied experimentally and the validity of the design method is confirmed by the simulated and experimental results.
Purpose: The primary objective of this research is to develop the optimal operating conditions as well as their associated design spaces for a Cryogenic Submerged Arc Welding(SAW) process by improving its quality and productivity simultaneously. Methods: In order to investigate functional relationships among quality characteristics and their associated control factors of an SAW process, a stepwise design of experiment(DoE) method is proposed in this paper. Based on the DoE results, not only a multi-dimensional design space but also a safe operating space and normal acceptable range(NAR) by integrating statistical confidence intervals were demonstrated. In addition, the optimal operating conditions within the proposed NAR can be obtained by a robust optimal design method. Results: This study provides a customized stepwise DoE method (i.e., a sequential set of DoE such as a factorial design and a central composite design) for Cryogenic SAW process and its statistical analysis results. DoE results can then provide both the main and interaction effects of input control factors and the functional relationships between the input factors and their associated output responses. Maximizing both the product quality with high impact strength and the productivity with minimum processing times simultaneously in a case study, we proposed a design space which can provide both acceptable productivity and quality levels and NARs of input control factors. In order to confirm the optimal factor settings and the proposed NARs, validation experiments were performed. Conclusion: This research may provide significant contributions and applications to many SAW problems by preparing a standardization of the functional relationship between the input factors and their associated output response. Moreover, the proposed design space based on DoE and NAR methods can simultaneously consider a number of quality characteristics including tradeoff between productivity and quality levels.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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v.44
no.4
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pp.592-601
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2015
Rubus coreanus is known as Korean black raspberry, native to Korea, Japan, and China. Preliminary studies evaluating their potential for cancer treatment in mammalian test systems are ongoing. In recent years, interest has been renewed due to their high levels of anthocyanins. Anthocyanins in black raspberry are important due to their potential health benefits as dietary antioxidant, anti-inflammatory compound, and as a chemopreventive agent. In the present study, Saccharomyces cerevisiae BA29 was isolated from black raspberry fruit and fruit juice as a biogenic amine non-producing strain for manufacturing of black raspberry wine, after which we investigated its characteristics: biogenic amine-producing ability, cell growth ability, alcohol-fermentation ability, and resistance to alcohol, glucose, and sulfur dioxide. Based on preliminary experiments, we optimized culture medium compositions for improving dried cell weight of S. cerevisiae BA29 by response surface methodology (RSM) as a statistical method. Design for RSM used a central composite design, and molasses with the industrial applicability was used as a carbon source. Through statistical analysis, we obtained optimum values as follows: molasses 200 g/L, peptone 30 g/L, and yeast extract 40 g/L. For the model verification, we confirmed about 3-fold improvement of dried cell weight from 6.39 to 20.9167 g/L compared to basal yeast peptone dextrose medium. Finally, we manufactured black raspberry wine using S. cerevisiae BA29 and produced alcohol of 20.33%. In conclusion, S. cerevisiae isolated from black raspberry fruit and juices has a great potential in the fermentation of black raspberry wine.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.32
no.9
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pp.815-824
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2015
In this study, we conducted the approximate multi-objective optimization of gap sizes of pressurized-water reactor (PWR) annular fuels. To determine the contacting tendency of the inner-outer gaps between the annular fuel pellets and cladding, thermoelastic-plastic-creep (TEPC)analysis of PWR annular fuels was performed, using in-house FE code. For the efficient heat transfer at certain levels of stress, we investigated the tensile, compressive hoop stress and temperature, and optimized the gap sizes using the non-dominant sorting genetic algorithm (NSGA-II). For this, response surface models of objective and constraint functions were generated, using central composite (CCD) and D-optimal design. The accuracy of approximate models was evaluated through $R^2$ value. The obtained optimal solutions by NSGA-II were verified through the TEPC analysis, and we compared the obtained optimum solutions and generated errors from the CCD and D-optimal design. We observed that optimum solutions differ, according to design of experiments (DOE) method.
The purpose of this study was to determine the optimal mixing condition of tomato powder and sugar for producing chiffon cake. The experiment was designed according to the central composite design of response surface, which yielded ten experimental points, including two replicates. Physiochemical and sensory properties were measured, and theses values applied to mechanical models. A canonical form and perturbation plot showed the influence of each ingredient on the final product mixture. The results of the physiochemical analysis of each sample showed significant differences in sweetness (P<0.01), color L (P<0.001), color a (P<0.001), color b (P<0.05), hardness (P<0.05), and cohesiveness (P<0.01). The sensory measurements were significantly different in color (P<0.05), appearance (P<0.05), flavor (P<0.05), sweetness (P<0.01), moistness (P<0.05), and overall acceptability (P<0.05). The optimal formulation, calculated using the numerical and graphical method, was determined to be 59.27 g tomato powder and 285.66 g sugar. The sensory evaluation showed significantly higher preferences in the color, flavor, appearance, texture, sweetness, tenderness, moistness and overall quality of the optimized chiffon cake compared to the controlled chiffon cake. The optimized chiffon cake also showed a high antioxidative activity compared to the controlled chiffon cake. Our results show that chiffon cake prepared with tomato powder enhances sensory characteristics and antioxidative activity.
Won June-Ho;Kim Jong-Soo;choi Joo-Ho;Yoon Jong-Min
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2005.04a
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pp.55-62
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2005
In this paper, a CAB/CAE integrated optimal design system is developed, in which design and analysis process is automated using CAD/CAE softwares, for a complicated model for which parametric modeling provided by CAD software is not possible. CAD modeling process is automated by using UG/OPEN API function and UG/Knowledge Fusion provided by Unigraphics. The generated model is transferred to the analysis code ANSYS in parasolid format. Visual DOC software is used for optimization. The system is developed for PLS(Plasma Lighting System), which is a next generation illumination system that is used to illuminate stadium or outdoor advertizing panel. The PLS system consists of more then 20 components, which requires a lot of human efforts in modeling and analysis. The analysis for PLS includes static load, wind load and impact load analysis. As a result of analysis, it is found that the most critical component is a tilt assembly, which links lower & upper body assembly. For more reliable analysis, experiment is conducted using MTS and compared with the Finite element analysis result. The objective in the optimization is to minimize the material volume under allowable stresses. The design variables are three parameters in the tilt assembly that are chosen to be the most sensitive in stress values of twelve parameters. Gradient based method and RSM(Response Surface Method) are used for the algorithm and the results are compared. As a result of optimization, the maximum stress is reduced by 57%.
Kim H.J.;Kim H.S.;Park J.H.;Kim J.P.;Kim H.G.;Lee J.S.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2006.05a
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pp.441-442
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2006
It is attempted to find out the optimal shape of U-type bellows using the finite element analysis. The design factors, mountain height, length, thickness, and the number of convolutions are considered and the proper values are chosen fur the simulation. The results show that as the number of convolutions reduces, the volume decreases while the stress increases. However, as the number of convolutions increases, the volume increases above the standard volume and the stress obviously increases. In addition, the effect of the thickness of bellows on the stress is very large. Both of the mass and stress are decreasing at a certain lower value region. Also, we investigated shape optimization with considering maximum stress distribution tendency.
The initiation and growth processes of cyclic ice body in porous systems are affected by the thermo-physical and mass transport properties, as well as gradients of temperature and chemical potentials. Furthermore, the diffusivity of deicing chemicals shows significantly higher value under cyclic freeze-thaw conditions. Consequently, the disintegration of concrete structures is aggravated at marine environments, higher altitudes, and northern areas. However, the properties of cyclic freeze-thaw with crack growth and the deterioration by the accumulated damages are hard to identify in tests. In order to predict the accumulated damages by cyclic freeze-thaw, a regression analysis by the response surface method (RSM) is used. The important parameters for cyclic freeze-thawdeterioration of concrete structures, such as water to cement ratio, entrained air pores, and the number of cycles of freezing and thawing, are used to compose the limit state function. The regression equation fitted to the important deterioration criteria, such as accumulated plastic deformation, relative dynamic modulus, or equivalent plastic deformations, were used as the probabilistic evaluations of performance for the degraded structural resistance. The predicted results of relative dynamic modulus and residual strains after 300 cycles of freeze-thaw show very good agreements with the experimental results. The RSM result can be used to predict the probability of occurrence for designer specified critical values. Therefore, it is possible to evaluate the life cycle management of concrete structures considering the accumulated damages due to the cyclic freeze-thaw using the proposed prediction method.
As a result of the recent social transformation towards a hydrogen economy and carbon-neutrality, the demands for hydrogen energy have been increasing rapidly worldwide. As such, eco-friendly hydrogen production technologies that do not produce carbon dioxide (CO2) emissions are being focused on. Among them, ammonia (NH3) is an economical hydrogen carrier that can easily produce hydrogen (H2). In this study, Ru/Al2O3 catalyst coated onmetallic monolith for hydrogen production from ammonia was prepared by a dip-coating method using a catalyst slurry mixture composed of Ru/Al2O3 catalyst, inorganic binder (alumina sol) and organic binder (methyl cellulose). At the optimized 1:1:0.1 weight ratio of catalyst/inorganic binder/organic binder, the amount of catalyst coated on the metallic monolith after one cycle coating was about 61.6 g L-1. The uniform thickness (about 42 ㎛) and crystal structure of the catalyst coated on the metallic monolith surface were confirmed through scanning electron microscopy (SEM) and X-ray diffraction (XRD) analysis. Also, a numerical optimization regression equation for NH3 conversion according to the independent variables of reaction temperature (400-600 ℃) and gas hourly space velocity (1,000-5,000 h-1) was calculated by response surface methodology (RSM). This model indicated a determination coefficient (R2) of 0.991 and had statistically significant predictors. This regression model could contribute to the commercial process design of hydrogen production by ammonia decomposition.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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