In this work, we deal with the feasibility of structural topology optimization for beam designs using retrofits that optimally allocates the reinforcement to the web under the condition that designers set bolt regions for H-beams of different dimensions. Mean compliance or minimal strain energy is considered for the optimization. Volume fraction is given to the design space to assign appropriate steel material quantities. The purpose of this study is to evaluate optimal shapes of stiffeners with the maximum rigidity that improves the axial and shear performance of the H-beam and to satisfy a given safety design standard of H-beam and stiffeners in case arbitrary load effect and resistances. Finally, the effectiveness of stiffness-based topology optimization on stiffeners is verified with several practical applicable examples.

This study analyzed the duct characteristics of hubless rim-driven propeller (RDP) used in underwater robots. In the previous study, flow visualization experiments were performed with an advancing ratio of 0.2 to 1. The vortex at the front of the duct increased in strength while maintaining its size as the advancing ratio decreased. Therefore, it is necessary to study the optimization of the duct shape. Conventional propeller thrusters use acceleration/deceleration ducts to increase their efficiency. However, unlike conventional propellers, it is impossible to apply to airfoil acceleration/deceleration ducts due to the RDP structure. In this study, duct wake flow characteristics, thrust force, and efficiency according to the duct shape of RDP were analyzed using numerical analysis techniques. Duct design is limited and six duct shapes were designed. As a result, an optimized duct shape was designed considering duct wake flow characteristics, thrust force, and efficiency. The shape that the outlet width of the RDP was kept constant until the end of the duct showed higher thrust force and efficiency.

Soft magnetic powder materials are used throughout industries such as motors and power converters. When manufacturing Fe-based soft magnetic composites, the size and shape of the soft magnetic powder and the microstructure in the powder are closely related to the magnetic properties. In this study, Fe-Si-Al-P alloy powders were manufactured using various manufacturing process parameter sets, and the process parameters of the vacuum induction melt gas atomization process were set as melt temperature, atomization gas pressure, and gas flow rate. Process variable data that records are converted into 6 types of data for each powder recovery section. Process variable data that recorded minute changes were converted into 6 types of data and used as input variables. As output variables, a total of 6 types were designated by measuring the particle size, flowability, apparent density, and sphericity of the manufactured powders according to the process variable conditions. The sensitivity of the input and output variables was analyzed through the Pearson correlation coefficient, and a total of 6 powder characteristics were analyzed by artificial neural network model. The prediction results were compared with the results through linear regression analysis and response surface methodology, respectively.

The electrochemical behavior was investigated during the electrolysis of nickel oxide in LiCl-Li2O salt mixture at 650℃ by changing several components. The focus of this work is to improve anode design and shroud design to increase current densities. The tested components were ceramic anode shroud porosity, porosity size, anode geometry, anode material, and metallic porous anode shroud. The goal of these experiments was to optimize and improve the reduction process. The highest contributors to higher current densities were anode shroud porosity and anode geometry.

In the automobile manufacturing industry, lightweight design is one of the essential challenges to be solved fundamentally. The vehicle wheels are classified as safety related components as the main substructure of the vehicle. In this study, we illustrate a technique for selecting the appropriate number of spokes. Based on the basic model of the selected number of spokes, we propose a method to maintain stiffness and design lightweight using topology optimization software. Based on the basic model of the selected number of spokes, it was redesigned to be lightweight while maintaining stiffness by utilizing topology optimization software. By comparing and reviewing the structural analysis results of the basic model and the redesigned model, a design technique that can maintain structural safety and reduce wheel mass was proposed.

본 논문에서는 AI 기반 설계 탐색 기법을 활용하여 선박의 주요 치수 최적화를 수행하였다. 설계 탐색 기법은 최적화 프로그램 HEEDS의 SHERPA 알고리즘을 사용하였다. 유동 해석은 상용 CFD 코드인 STAR-CCM+를 사용하였고, 주요 치수 변환은 전처리 과정에서 JAVA Script와 Python을 사용하여 선박의 치수가 자동으로 변환되도록 설정하였다. 대상 선박은 소형 쌍동선형으로 주요 치수 최적화는 한쪽 선형의 길이, 폭, 흘수 그리고 단동선형 간의 간격에 대하여 수행되었다. 최적화 알고리즘에 사용된 목적함수는 총저항이며, 내부 의 장 시스템의 크기 등을 고려한 배수 체적의 범위를 제한조건으로 선정하였다. 그 결과 최적 선형의 주요 치수는 기존 선형 대비 ±5% 내 에서 변화가 있었고 총저항은 약 11% 개선된 결과를 보였다. 본 연구를 통해 선박의 형상을 직접 변경하지 않더라도 주요 치수 최적화를 통해 선박의 저항 성능이 향상됨을 확인하였고, 다양한 선박의 주요 치수 최적화를 통한 성능 향상에 활용이 될 것으로 기대한다.

This study aimed to develop an optimal processing method for the production of apple-mango jelly for domestic suppliers, by analyzing the quality attributes of the jelly. According to the central composite design, a total of 11 experimental points were designed including the content of apple-mango juice (X1), and the sugar content (X2). The responses were analyzed including the color values (CIE Lab and color difference), physicochemical properties (water activity, sweetness, pH, and total acidity), and textural properties (hardness and gel strength). Regression analysis was conducted, except for total acidity, and showed no significant difference for all the experimental points (p<0.05). Quadratic model was derived for all responses with an R square value ranging from 0.8590 to 0.9978. Based on regression model, the appropriate mixing ratio of apple-mango jelly was found to be 31.11% of apple mango juice and 14.65% of sugar. Through this study, the possibility for developing jelly product using apple-mango was confirmed, and it is expected that these findings will contribute to the improvement of the agricultural industry.

본 논문에서는 역전파 방법 기반 자동미분법을 이용하여 설계민감도를 구하고 이를 응력제한조건을 고려한 위상최적설계에 적용 하였다. 응력제한조건이 있는 위상최적화문제는 특이점(singularity)과 응력의 국부성(local nature of stress constraint)문제, 그리고 설 계 변수에 대한 비선형성의 문제를 포함하고 최적해를 얻기가 매우 힘들다. 특이점 문제를 해결하기 위해서 응력 완화(stress relaxation) 기법을 사용하였고, 응력의 국부성을 해결하기 위해 p-norm을 이용한 전역 응력치를 제한조건에 사용하였다. 설계 변수에 대한 비선 형성을 극복하기 위해 해석적인 방법으로 정확한 설계민감도를 구하는 것이 중요하다. 위상최적설계에서 기존에는 보조변수방법 (adjoint variable method)을 사용하여 빠르고 정확한 설계민감도를 구했지만, 설계민감도를 해석적으로 구해야 하고, 보조평형방정식 을 추가로 풀어야 하는 어려움이 있다. 이를 해결하기 위해서 인공신경망에서 최적 가중치(weights)와 편차(biases)를 구할 때 쓰이는 역전파 기법을 이용하여 설계민감도를 구하고 이를 응력제한조건을 고려한 위상최적설계에 적용하였다. 역전파 기법은 자동미분에 쓰이는 기법으로 목적함수나 제한조건에 대한 설계민감도를 별도의 수식유도 없이 간단하게 구할 수 있는 장점이 있다. 또한, 미분값 을 구하는 역전파의 과정이 보조평형방정식을 푸는 것보다 계산시간이 빠르고 해석적 방법으로 구한 설계민감도와 같은 정확도를 보 여준다

본 논문에서는 3차원 엮임 재료의 유체투과율 향상을 목적으로 수치해석 데이터 기반의 물성치 회귀 분석 및 최적설계를 소개한다. 우선 3차원 엮임 재료를 구성하는 와이어 사이의 간격을 결정하는 배율 계수를 매개변수화 하여 다양한 배율 조합을 가지는 수치 모 델을 생성하였고, 전산 수치해석을 통해 계산된 각 모델의 체적 탄성계수, 열전도 계수, 유체투과율 데이터를 이용하여 다항식 기반의 회귀 분석을 수행하였다. 이를 사용해서 체적 탄성계수와 유체투과율 사이의 다목적함수 최적설계를 통한 파레토 최적해를 도출하였 으며, 두 물성치가 서로 상충 관계에 있음을 확인하였다. 한편 3차원 엮임 재료의 열전달 효율을 높이기 위해서 유체투과율을 최대화 시키는 것을 목적으로 경사도 기반 최적설계를 수행하였고, 제약조건인 체적 탄성계수의 크기별 유체투과율의 변화율을 분석하였다. 그 결과 설계자가 원하는 최소한의 강성을 가지는 최대 유체투과율 설계 모델을 얻어낼 수 있음을 확인하였으며, 회귀 방정식을 통해 서 얻어진 설계가 높은 정확도를 가지고 있음을 추가적으로 검증하였다.

본 논문에서는 구조물이 다중 구조물로 연결되는 경우 연결부의 조인트 위치를 기존의 위상최적설계 기법을 활용해 설계하는 기법 을 개발하였다. 조인트는 길이가 0이고 강성이 매우 강한 스프링으로 모델링되었으며, 조인트는 유한요소 메시 형상과 무관하게 이동 할 수 있도록 모델링되었다. 최적화 과정에서 조인트가 서로 뭉치는 현상을 방지하기 위해 조인트 최소거리 조건을 추가해 조인트간 의 최소거리가 확보된 설계를 얻었다. 최적설계 시 목적함수로는 전체 구조물의 compliance 값이 사용되었으며, 조인트 최소거리 조 건에 따른 결과를 비교하기 위해 2개의 수치예제를 해석하였다. 위상최적설계 결과 조인트 최소거리 조건의 변화에 따라 조인트 및 구조물의 최적 형상을 얻을 수 있었다.

도서관은 문화 공간으로서 누구나 이용할 수 있고 다양한 분야의 지식과 정보를 제공하여 삶의 질을 높이는 중요한 사회기반 시설 중 하나이다. 현재 한국의 도서관 수는 수요에 비해 공급이 부족한 상황이며, 이를 해결하기 위해 일부 지자체는 차량을 수단으로 이동형 도서 서비스를 제공하는 분관 형태의 이동 도서관을 운영하고 있다. 주로 도서관을 이용하기 어려운 사람들을 대상으로 순회하며 도서관 서비스를 제공하지만, 비효율적인 운행 노선과 균일하지 않은 서비스로 실질적인 효과를 발휘하지 못하고 있다. 따라서 본 연구에서는 성남시 새마을 이동 도서관을 대상으로 순회 경로 현황을 파악하고, 최소 이동 거리로 개선된 이동 도서관 노선을 제시하고자 한다. 더욱 효율적인 운영을 위해 서비스 권역을 나누고, 시간 제약을 결합한 차량경로설정 문제를 사용하여 도서 서비스의 이용 격차를 줄인 새로운 운행 노선을 구축하였다. 본 연구는 이동 도서관의 효과적인 노선 운영에 대한 기초적인 자료로 활용될 수 있다는 점에서 의의가 있다. 향후 이동 도서관 뿐만 아니라 이동형 공공 서비스를 위한 유용하고 현실적인 가이드라인으로 활용될 수 있을 것이다.

This paper addresses the maintenance optimization problem in multi-component systems in which parts are connected in series, carrying out several missions interspersed with scheduled finite breaks. Due to limited time or resources, maintenance actions can be only carried out on a limited set of components. The decision maker then has to decide which components to maintain to ensure a pre-specified performance level during next mission. Most of the existing models in the literature usually assume only one system and enough spare parts. However, there are situations in which maintenance is required for multiple systems of the same type. To overcome this restrictive assumption, this study optimizes the maintenance problem considering the lack of repair parts and cannibalism for many identical systems. This study presents two optimization models with different objectives to solve the problem and analyzes the results so that the decision maker can decide. The results of this study are expected to be used for the maintenance of multiple systems of the same type, such as swarm drones.

Transportation in urban area has been getting hard to fulfill the demand on time. There are various uncertainties and obstacles related with road conditions, traffic congestions, and accidents to interrupt the on-time deliveries. With this situation, the last mile logistics has been a keen issue for researchers and practitioners to find the best strategy of the problem. A way to resolve the problem is to use parcel lockers. Parcel locker is a storage that customers can pick up their products. Transportation vehicles deliver the products to parcel lockers instead of all customer sites. Using the parcel lockers, the total delivery costs can be reduced. However, the inconvenience of customer has to increase. Thus, we have to optimal solution to balance between the total delivery costs and customers' inconvenience. This paper formulates a mathematical model to find the optimal solution for the vehicle routing problem and the location problem of parcel lockers. Experimental results provide the viability to find optimal strategy for the routing problem as well as the location problem.

Most of real-world decision-making processes are used to optimize problems with many objectives of conflicting. Since the betterment of some objectives requires the sacrifice of other objectives, different objectives may not be optimized simultaneously. Consequently, Pareto solution can be considered as candidates of a solution with respect to a multi-objective optimization (MOP). Such problem involves two main procedures: finding Pareto solutions and choosing one solution among them. So-called multi-objective genetic algorithms have been proved to be effective for finding many Pareto solutions. In this study, we suggest a fitness evaluation method based on the achievement level up to the target value to improve the solution search performance by the multi-objective genetic algorithm. Using numerical examples and benchmark problems, we compare the proposed method, which considers the achievement level, with conventional Pareto ranking methods. Based on the comparison, it is verified that the proposed method can generate a highly convergent and diverse solution set. Most of the existing multi-objective genetic algorithms mainly focus on finding solutions, however the ultimate aim of MOP is not to find the entire set of Pareto solutions, but to choose one solution among many obtained solutions. We further propose an interactive decision-making process based on a visualized trade-off analysis that incorporates the satisfaction of the decision maker. The findings of the study will serve as a reference to build a multi-objective decision-making support system.

이 연구에서는 강관말뚝과 확대기초의 연결을 위한 유공강판 전단연결재를 개발하기 위하여 유공전단키의 형상을 결정하기 위한 인장실험과 유한요소해석을 수행하였다. 즉, 인장시험편과 같은 평판 형태의 유공강판은 펀치 형 돌기와 굴곡형 돌기의 유공전단키를 갖도록 형성하고 이을 원주형 콘크리트 내에 매립하여 인장실험을 수행하였 으며, 실험 결과는 유한요소해석 결과와 비교하였다. 또한, 유한요소해석을 수행하여 적절한 유공전단키의 종류 및 돌기 폭을 결정하였으며, 이를 통해 결정한 굴곡형 유공전단키에 대한 높이를 결정하기 위한 추가 해석을 수행하였 다. 해석 결과, 굴곡형 돌기의 경우에는 전단저항력을 최대로 확보하고 인장력의 저하를 최소화하기 위하여 돌기의 높이를 두께의 2배로 하는 것이 바람직할 것으로 판단된다.