Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.26
no.4
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pp.286-294
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2016
In the initial design stage, the geometry of systems needs to be optimized regarding its performance. However, performance analysis is very time-consuming. Therefore, optimization becomes difficult/impossible problems because we need to evaluate the system performance for alternative design cases. To overcome this problem, many researchers perform prediction of system performance using the approximation model. The response surface method (RSM) is typically used to predict the system performance in the various research fields, but it presents prediction errors for highly nonlinear systems. The major objective of this paper is to propose a proper prediction method for marine system problems. Case studies of marine systems (the substructure of a floating offshore wind turbine considering hydrodynamic performance and bulk carrier bottom stiffened panels considering structure performance) verify that the proposed method is applicable to performance prediction in marine systems.
For electrolysis process using an insoluble electrode, electrochemical performance was greatly affected by the manufacturing method and procedure, such as the firing temperature, pre-treatment, type of precursor solution, coating method, electrode material, etc. Components of the electrode therein is one of the most important factors in electrochemical reaction. To achieve such characteristics, a appropriate ratio of the electrode material should be carefully chosen. The aim of this research was to apply experimental design method in the optimization of electrode component for the maximum generation of oxidants in electrochemical oxidation process. Mixture design, especially expanded simplex lattice design, in DOME (design of mixture experiments) with Design Expert - commercial software - was used to analyze the data. Analysis of variance (ANOVA) showed a high coefficient of determination ($R^2$) value of 0.9470, thus ensuring a satisfactory adjustment of the $3^{rd}$ order special cubic regression model with the experimental data. The application of response surface methodology (RSM) yielded the following regression equation, which is an empirical relationship between the TRO generation concentration and independent variables(mol ratio of 3 electrode components) in a real unit: TRO generation concentration $(mg/L)=TRO\;conc.=98.25{\times}[Ir]+49.71{\times}[Sn]+95.29{\times}[Sb]-16.91{\times}[Ir]{\times}[Sn]-29.47{\times}[Ir]{\times}[Sb]-22.65{\times}[Sn]{\times}[Sb]+703.19{\times}[Ir]{\times}[Sn]{\times}[Sb]$. The optimized formulation of the 3 component electrode for an high TRO (total residual oxidants) generation was acquired at mol ratio of Ir 0.406, Sn 0.210, Sb 0.384 (desirability d value, 1).
We have produced the microcapsule composed of ${\alpha}-tocopherol$ as a core material (Cm) and the gelatinized polysaccharide as a wall material (Wm). Firstly, we have developed a simple, sensitive, and quantitative analysis method of the microencapsulation product using 5% cupric acetate pyridine solution. We could then optimize all the conditions for the microencapsulation process such as the ratio of [Cm] to [Wm], the temperature of dispersion fluid, and the emulsifier concentration using response surface methodology (RSM). As for the microencapsulation of ${\alpha}-tocopherol$, the regression model equation for the yield of microencapsulation (YM, %) to the change of an independent variable could be predicted as follows : YM=99.77-1.76([Cm]:[Wm])-1.72$([Cm]\;:\;[Wm])^2$. From the ridge of maximum response, the optimum conditions for the microencapsulation of ${\alpha}-tocopherol$ were able to be determined as the ratio of [Cm] to [Wm] of 4.6:5.4(w/w), the emulsifier concentration of 0.49%, and dispersion fluid temperature of $25.5^{\circ}C$, respectively. Finally, the microcapsules produced under the optimal conditions were applied for the analysis of storage stability. The optimal conditions for the storage were found to be the values of pH 9.0 and $25{\sim}35^{\circ}C$. And the storage stability of the microcapsules containing ${\alpha}-tocopherol$ were higher than 99% for a week at pH 9.0 and $25^{\circ}C$.
Kim, Deog-Keun;Choi, Jong-Doo;Park, Ji-Yeon;Lee, Jin-Suk;Park, Seung-Bin;Park, Soon-Chul
Korean Chemical Engineering Research
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v.47
no.6
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pp.762-767
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2009
In this study, the feasibility of using vegetable oil extracted from tropical crop seed as a biodiesel feedstock was investigated by producing biodiesel and analysing the quality parameters as a transport fuel. In order to produce biodiesel efficiently, two step reaction process(pre-treatment and transesterificaion) was required because the tropical crop oil have a high content of free fatty acids. To determine the suitable acid catalyst for the pre-esterification, three kinds of acid catalysts were tested and sulfuric acid was identified as the best catalyst. After constructing the experimental matrix based on RSM and analysing the statistical data, the optimal pre-treatment conditions were determined to be 26.7% of methanol and 0.982% of sulfuric acid. Trans-esterification experiments of the pre-esterified oil based on RSM were carried out, then discovered 1.24% of KOH catalyst and 22.76% of methanol as the optimal trans-esterification conditions. However, the quantity of KOH was higher than the previously established KOH concentration of our team. So, we carried out supplemental experiment to determine the quantity of catalyst and methanol. As a result, the optimal transesterification conditions were determined to be 0.8% of KOH and 16.13% of methanol. After trans-esterification of tropical crop oil, the produced biodiesel could meet the major quality standard specifications; 100.8% of FAME, 0.45 mgKOH/g of acid value, 0.00% of water, 0.04% of total glycerol, $4.041mm^2/s$ of kinematic viscosity(at $40^{\circ}C$).
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%.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.33
no.5
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pp.18-27
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2005
Airfoils with improved longitudinal static stability were designed for a WIG craft through aerodynamic design optimization. The response surface method is coupled with NURBS-based shape functions and Navier-Stokes flow analysis. The procedure runs in the network-distributed design framework of commercial-code based automated design capability to enhance computational efficiency and robustness.Lift maximization design maintaining similar static margin to a DHMTU airfoil successfully produced a new airfoil shape characterized by pronounced front-loading and the well-known reflexed aft-camber line. Another airfoil design of lower variation in pitching moment during take-off showed weakened front-loaded characteristics and hence decreased lift slightly. Investigations using the present design methodology on an existing optimization result based on potential flow analysis and NACA-type geometry generation demonstrated significance of carrying various geometry generations and more realistic flow analysis with optimization.
This study was conducted to develop food for the elderly, which are well-shaped and easy to chew and swallow. The amounts of water and gelatin were adjusted to facilitate breaking down of the food with the tongue. In the aging society, it is necessary to support the development of a variety of products that can ease the intake functions of swallowing and chewing, while complementing with the essential nutrients supplements; such products can be actively commercialized in the elderly industry. Various types of food, for elderly with difficulties in chewing and swallowing, were used for sensory assessment. Sensory panel consisted of 10 dietitians (10 women) in nursing care facilities. The sensory optimal composite recipes were determined by central composite design (CCD). The sensory measurements were significantly different in the appearance (p<0.01), saltiness (p<0.01) and overall quality (p<0.01). The optimum formulation of pan fried flat fish, calculated by numerical and graphical method, was 8.54 g of salt and 6.34 g of olive oil. Moisture content, hardness, and adhesiveness of pan fried flat fish were 84.77%, 250, and -1.20, respectively. The result showed that easily chewable and swallowable pan fried flat fish for the elderly will have sufficient competitiveness, considering its safety, taste, and preference. This study may provide the basic materials for the development of easily chewable and swallowable foods for elderly.
Kim, Hyun-Su;Kim, Hyo-Gyeum;Lee, Jae-Sub;Kim, Hyoung-Jun
Journal of Ocean Engineering and Technology
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v.21
no.5
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pp.55-60
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2007
Bellows are mechanical components which prevent the damage of system by absorption of the vibration and the displacement of axle and radial direction. Thermal piping system is expanded by the fluid of the high temperature from the heat engine inside. At this time, bellows prevent the damage of the piping due to the thermal expansion. Recently, design of bellows is required to fit some other operational environments which are not suggested in the E.J.M.A code book. And it is difficult to produce and to maintain bellows of high temperature and high pressure bemuse of its complicated shape and this causes the manufacturing cost to rise. The objective of this study is to determine optimum shape of bellows which can endure in the high temperature and high pressure. The maximum stress has an effect on the fatigue life of bellows, therefore it needs to be minimized. This study attempts to find a shape which minimizes the stress occurring in the bellows by the design of experiment. The model used in this study is not presented in the E.J.M.A code book, therefore, from the result of design of experiment we find the factors which give effects on the characteristic value and we presents the recession model using the RSM, which can predict the characteristic values depending on the change of factor values.
Investigating the properties and durability of high-strength concrete exposed to sulfuric acid attack for the purpose of its application in structures exposed to this acid is of outmost importance. In this research, the resistance and durability of high-strength concrete containing macro-polymeric or steel fibers together with the pozzolans of silica fume or nano-silica against sulfuric acid attack are explored. To accomplish this goal, in total, 108 high-strength concrete specimens were made with 9 different mix designs containing macro-polymeric and steel fibers at the volume fractions of 0.5, 0.75, and 1.0%, as well as the pozzolans of silica fume and nano-silica with the replacement levels of 10 and 2%, respectively. After placing the specimens inside a 5% sulfuric acid solution in the periods of 7, 21, and 63 days of immersion, the effect of adding the fibers and pozzolans on the compressive properties, ultrasonic pulse velocity (UPV), and weight loss of high-strength concrete was investigated and the respective results were compared with those of the reference specimens. The obtained results suggest the dependency of the resistance and durability loss of high-strength concrete against sulfuric acid attack to the properties of fibers as well as their fraction in concrete volume. Moreover, compared with using nano-silica, using silica fume in the fibrous concrete mix leads to more durable specimens against sulfuric acid attack. Finally, an optimum solution for the design parameters where the crushing load of high-strength fibrous concrete is maximized was found using response surface method (RSM).
Optimization of existing processes becomes more important than the past as environmental problems and concerns about energy savings stand out. When we can model a process mathematically, we can easily optimize it by using the model as constraints. However, modeling is very difficult for most chemical processes as they include numerous units together with their correlation and we can hardly obtain parameters. Therefore, optimization that is based on the process models is, in turn, hard to perform. Especially, f3r unknown processes, such as bioprocess or microelectronics materials process, optimization using mathematical model (first principle model) is nearly impossible, as we cannot understand the inside mechanism. Consequently, we propose a few optimization method using empirical model evolutionarily instead of mathematical model. In this method, firstly, designing experiments is executed fur removing unecessary experiments. D-optimal DOE is the most developed one among DOEs. It calculates design points so as to minimize the parameters variances of empirical model. Experiments must be performed in order to see the causation between input variables and output variables as only correlation structure can be detected in historical data. And then, using data generated by experiments, empirical model, i.e. response surface is built by PLS or MLR. Now, as process model is constructed, it is used as objective function for optimization. As the optimum point is a local one. above procedures are repeated while moving to a new experiment region fur finding the global optimum point. As a result of application to the pulp digester benchmark model, kappa number that is an indication fur impurity contents decreased to very low value, 3.0394 from 29.7091. From the result, we can see that the proposed methodology has sufficient good performance fur optimization, and is also applicable to real processes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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