반응표면법에 의한 인공위성 구조체의 최적설계

박정선(Jungsun Park),윤진환(Jin-Hwan Yoon),임종빈(Jong-Bin Im) 한국항공우주학회 2004 韓國航空宇宙學會誌 Vol.32 No.1

본 연구에서 반응표면법을 이용하여 인공위성 추진모듈의 최적화를 수행하였다. 반응표면법은 실험 계획법을 이용하여 반복해석의 수를 줄일 수 있으며 이산 설계 변수의 최적화에 적용가능 하고 준 전역적인 최적해를 구할 수 있다. 신뢰구간 기법과 이동제한 기법을 적용하여 순차적인 해의 접근 수행과 함께 국부영역에서의 신뢰도를 높이도록 하였으며 추출점은 D-optimal 실험 계획법을 선택하여 유전자 알고리즘으로 구하였다. 유한요소해석은 인공위성 발사환경에서의 안정성을 고려하여 정해석과 동해석을 병행하였다. 반응표면법에 의한 인공위성 추진 모듈의 최적화 결과 기존의 도함수와 여러 가지 비도함수 기법으로 구하여진 최적화 결과에 비하여 각각 해의 전역성과 해의 수렴성에서 뛰어난 성능을 보였다. The response surface method (RSM) is used to optimize a satellite propulsion module. The RSM does not require gradient information. The RSM can handle semi-global and discrete problems which may need fast convergence. In searching optimal points, confidence region and move limit strategy are adopted for sequentially optimizing process. D-optimal sampling points are extracted by genetic algorithm for the design of experiments. Structural analysis of the satellite propulsion module is performed under static and dynamic loads in satellite launching stage. The optimization results and computation costs by the RSM are compared to those by gradient-based classical optimization methods. It is shown that the RSM has advantage in global convergence and converging speed.

UV/TiO<SUB>2</SUB>/HAP 시스템에서 Sulfamethoxazole의 흡착과 광촉매반응에 대한 동역학적 및 통계적 해석

천석영(Chun, Suk-Young),장순웅(Chang, Soon-Woong) 한국지반환경공학회 2012 한국지반환경공학회논문집 Vol.13 No.5

항생제는 환경에 지속적인 노출과 저항성으로 인해 우려물질로 간주되고 있다. 항생제의 제한적인 생분해능에 따른 하수처리장에서의 불완전한 제거와 광범위한 사용으로 인해 상대적으로 많은 양이 환경에 방류되고 있는 실정이다. 이에 본 연구에서는 다양한 촉매(Titanium dioxide; TiO2, Hydroxyapatite; HAP)를 통해 항생제의 하나인 sulfamethoxazole의 동역학적 흡착과 광촉매반응에 대해 연구하였으며, 부가적으로 통계적 분석방법인 반응표면법(RSM)을 이용하여 UV/TiO2/HAP 시스템에서의 운전인자의 영향을 살펴보았다. 동역학적 연구결과로 TiO2/HAP의 흡착반응은 유사 2차 반응을 따르는 것으로 나타났으며, 입자내 확산 모델의 적용 결과, 반응속도 상수는 각각 TiO2=0.0641min<SUP>-1</SUP>, HAP=0.2866min<SUP>-1</SUP>와 TiO2/HAP=0.3708min<SUP>-1</SUP>으로 나타났다. RSM의 결과로는 ANOVA에서의 회귀항의 유의성이 나타났으며(P-value<0.05) 높은 결정계수 값(R<SUP>2</SUP>=96.2%, R<SUP>2</SUP>Adj=89.3%)이 나타나 이차 회귀모델의 예측이 만족스러운 것으로 관찰되었다. 그리고 Y(SMX 제거율, %)에 대해 예측된 최적 조건들은 코드화된 인자 기준으로 각각 x1(SMX의 초기농도)=-0.7828, x2(촉매의 양)=0.9974 그리고 x3(반응시간)=0.5738로 나타났다. 입자내 확산 모델과 광촉매 산화 반응의 결과에 따르면 TiO2/HAP 공정이 일반적인 고도산화공정에 비해 효율적인 것으로 관찰되었다. Antibiotics have been considered emerging compounds due to their continuous input and persistence in environment. Due to the limited biodegradability and widespread use of these antibiotics, an incomplete removal is attained in conventional wastewater treatment plants and relative large quantities are released into the environment. In this study, it was determined the adsorption and photocatalysis kinetics of antibiotics (Sulfamethoxazole, SMX) with various catalyst (Titanium dioxide; TiO2, Hydroxyapatite; HAP) conditions under UV/TiO2/HAP system. In addition, the statistical analysis of response surface methods (RSM) was used to determine the effects of operating parameters on UV/TiO2/HAP system. TiO2/HAP adsorbent were found to follow the pseudo second order reaction in the adsorption. In the result of applied intrapaticle diffusion model, the constants of reaction rate were TiO2=0.0641min<SUP>-1</SUP>, HAP=0.2866min<SUP>-1</SUP> and TiO2/HAP=0.3708min<SUP>-1</SUP>, respectively.The result of RSM, term of regression analysis in analysis of variance (ANOVA) showed significantly p-value (p<0.05) and high coefficients for determination values(R<SUP>2</SUP>=96.2%, R<SUP>2</SUP>Adj=89.3%) that allowed satisfactory prediction of second order regression model. And the estimated optimal conditions for Y(Sulfamethoxazole removal efficiency, %) were x1(initial concentration of Sulfamethoxazole)=-0.7828, x2(amount of catalyst)=0.9974 and x3(reation time)=0.5738 by coded parameters, respectively. According to the result of intraparticle diffusion model and photocatalysis experiments, it was shown that the TiO2/HAP was more effective system than conventional AOPs(advanced oxidation processes, UV/TiO2 system).

반응표면법에 의한 연약지반 차량 거동의 통계적 분석 및 예측

이태희(TAE-HEE LEE),정재준(JAE-JUN JUNG),홍섭(SUP HONG),김형우(HYUNG-WOO KIM),최종수(JONG-SU CHOI) 한국해양공학회 2006 韓國海洋工學會誌 Vol.20 No.3

For optimal design of a deep-sea ocean mining collector system,based on self-propelled mining vehicle, it is imperative to develop and validate the dynamic model of a tracked vehicle traveling on soft deep seabed. The purpose of this paper is to evaluate the fidelity of the dynamic simulation model by means of response surface methodology. Various statistical techniques related to response surface methodology, such as outlier analysis, detection of interaction effect, analysis of variance, inference of the significance of design variables, and global sensitivity analysis, are examined. To obtain a plausible response surface model, maximum entropy sampling is adopted. From statistical analysis and prediction for dynamic responses of the tracked vehicle, conclusions will be drawn about the accuracy of the dynamic model and the performance of the response surface model.

광분해반응을 통한 MTBE 분해 시 음이온 영향의 통계적 분석

천석영(Chun, Sukyoung),장순웅(Chang, Soonwoong) 한국지반환경공학회 2011 한국지반환경공학회논문집 Vol.12 No.10

이 연구는 Methyl tert Btyl Ether(MTBE)의 광촉매반응을 통한 제거시에 다양한 음이온(Cl?, NO₃?, HCO₃?)들의 영향을 통계적 방법을 사용하여 조사하였다. 이 공정은 일반적으로 UV의 존재 하에 수용액상에 생성되는 Hydroxyl radicals(OH라디칼)의 생성에 기초하며, 이러한 라디칼들의 생성은 수용액 상의 무기 음이온들이 OH라디칼과의 반응에 의해 광분해를 방해한다. 이런 무기 음이온들의 영향은 반응표면법(RSM)의 한 종류인 혼합물분석(Mixture analysis)를 통해 Cl?, NO₃?와 HCO₃?의 독립변수들을 수학적으로 표현하였다. 분산분석(Analysis of variance; ANOVA)의 회귀분석항은 유의한 p값(p<0.0001)과 높은 결정계수(R²=99.28%, R²adj=98.91%)를 나타냈다. 그리고 등고선도(Contour plot)와 반응표면도(Response surface plot)는 UV/H₂O₂ 공정에 기초한 MTBE광분해에 대한 무기 이온들의 영향을 나타내었다. 이 연구의 결과는 MTBE의 광분해에 대해 Cl?와 HCO₃? 이온이 OH라디칼의 생성을 방해하는 것으로 나타났고 이 두 인자에 의한 상호작용이 관찰되었다. This study investigated the effects of various inorganic anions(Cl?, NO₃?, HCO₃?) on the Methyl tert Butyl Ether(MTBE) degradation by photocatalysis using statistical method. Generally, this process in general demands the generation of hydroxyl radicals(OH radical) in solution in the presence of UV light. The generation of radicals were affected by inorganic anions in solution that inhibited the photodegradation by their trapping hydroxyl radicals. The effects of inorganic anions were mathematically described as the independent variables such as Cl?, NO₃?, and HCO₃?, and these were designed by mixture analysis that was one of the response surface methodology(RSM). Regression analysis on ANOVA showed significant p-value(p<0.0001) and high coefficients for determination value(R²=99.28%, R²adj=98.91%). Contour and response surface plots showed that the effects of inorganic anions for MTBE photodegradation based on UV/H₂O₂ process. In the result, Cl? and HCO₃? inhibited the photodegradation of the MTBE by their trapping hydroxyl radicals, and the interaction by these two factors was observed.

반응표면법을 이용한 양항력형 수직축 풍력발전기 블레이드의 구조 최적 설계

소기성(Ki-Sung So),최찬웅(Chan-Woong Choi),이동철(Dong-Chul Lee),강기원(Ki-Weon Kang) 대한기계학회 2013 大韓機械學會論文集A Vol.37 No.11

본 논문에서는 반응표면법을 이용하여 양항력형 수직축 풍력발전기 블레이드의 구조 최적설계를 수행하였다. 선행연구의 구조해석 결과를 살펴보면 양항력형 수직축 풍력발전기 블레이드가 항복강도 이상의 응력이 발생하였으므로, 구조적 안전성을 확보하고자 최적화 기법을 적용한 구조설계를 재수행하였다. 이를 위해 먼저 블레이드에 발생하는 응력에 큰 영향을 주는 설계인자를 선정하였다. 이에 실험계획법 기반 반응표면법을 적용하였다. 목적함수 및 제한조건은 각각 중량 및 허용응력으로 설정하였다. 또한 중량 및 응력에 대한 설계인자의 영향을 평가하기 위한 민감도 해석을 수행하였다. 이러한 과정을 통해 양항력형 수직축 풍력발전기 블레이드의 구조 최적 설계를 수행하였다. This study deals with the structural optimization of hybrid vertical-axis wind turbine blades using a response surface method (RSM). The structural analysis results suggest that the stress of hybrid vertical-axis wind turbine blades exceeds the yield strength. Optimization techniques are then applied to structural design to ensure a safe structure. First, the design factors that strongly influence the structural response are identified. The RSM was applied based on the design of experiments. The objective function and constraint terms set the weight and allowable stress, respectively. Furthermore, sensitivity analysis was conducted to indicate the effects of the design factors on the stress and weight. Finally, structural design was performed for the hybrid vertical-axis wind turbine blade.

중심합성법에 의한 구조최적화에서 회귀함수변화의 영향

박정선(Jung-Sun Park),전용성(Yong-Sung Jeon),임종빈(Jong-Bin Im) 한국항공우주학회 2005 韓國航空宇宙學會誌 Vol.33 No.1

본 연구에서는 반응표면법에 다항함수, 지수함수, 로그함수등을 적용한 다양한 회귀함수를 이용하여 최적화를 수행하였다. 이를 검증하기 위해 트러스 구조와 하니콤 복합재 플랫폼에 대하여 응력 및 고유진동수를 고려하여 최적설계를 수행하였다. 근사함수를 효과적이고 용이하게 하는 방법을 실험계획법이라 하는데 중심합성법, 요인설계법, 회전계획법, 심플렉스법 등이 있으며, 본 연구에서는 중심합성법을 이용하여 반응표면을 생성하였다. 이를 위하여 구조해석 코드로 MSC/NASTRAN을 사용하였으며 최적설계 프로그램은 중심합성법을 기반으로 하여 다양한 회귀모델에 의한 반응표면을 적용하여 작성하였다. 또한 이 결과를 기존의 도함수를 이용한 최적화 기법이나 유전자알고리즘을 이용한 최적화 결과와 비교하여 반응표면법의 설계상의 장점 및 반응표면 생성 시 다양한 회귀모델에의 사용에 대한 신뢰성을 확인하였다. In this paper, the effect of various regression models is investigated on structural optimization using the central composite method. Three bar truss and the upper platform of a satellite are optimized using various regression models that are polynomial, exponential and log functions. Response surface method is non-gradient, semi-global, discrete and fast converging in optimization problem. Sampling points are extracted by the design of experiments using the central composite method. Response surface is generated using the various regression functions. Structural analysis for calculating constraints is executed to find static and dynamic responses. From this study, it is verified that the response surface method has advantage in optimum value and computation time in comparison to other optimization methods.

알칼리 용액 중 CaCl₂ 첨가에 의한 텅스텐과 바나듐의 분리

문경혜,최인혁,박경호,강희남,강정신,이진영,Moon, Gyeonghye,Choi, In-hyeok,Park, Kyungho,Kang, Hee-Nam,Kang, Jungshin,Lee, Jin-Young 한국자원리싸이클링학회 2017 資源 리싸이클링 Vol.26 No.4

SCR 폐촉매의 소다배소-수침출 용액으로부터 바나듐과 텅스텐을 분리하기 위한 기초연구를 수행하였다. 침출용액을 모사한 바나듐 $1g{\cdot}L^{-1}$, 텅스텐 $10g{\cdot}L^{-1}$ 합성 알칼리 용액에 NaOH 농도와 $CaCl_2$ 첨가량에 따른 바나듐과 텅스텐의 침전거동을 조사하였다. 또한 이를 바탕으로 반응표면법을 통해 바나듐과 텅스텐의 칼슘 침전에 의한 분리 최적조건을 구하였다. 그 결과 칼슘 침전물로의 반응속도 차이에 기인하여 용액의 온도가 낮으면 바나듐만 선택적으로 침전되었고, 온도가 높아지면 텅스텐 또한 침전되었다. 바나듐과 텅스텐은 NaOH 농도가 높아짐에 따라 침전율이 낮아지며 또한 과량의 칼슘 첨가는 용액의 pH를 낮추어 바나듐과 텅스텐의 침전반응을 촉진시켰다. 반응표면법 분석결과 바나듐과 텅스텐의 분리의 최적조건은 293 K에서 $0.5mol{\cdot}L^{-1}$ NaOH, $CaCl_2$ 1 당량 이며, 이 때 바나듐과 텅스텐의 침전율은 각각 99.5%와 0.0%를 나타냈다. As a fundamental study for the separation of vanadium and tungsten from the leaching solution obtained from the soda roasting and water leaching process of spent SCR (Selective Catalytic Reduction) catalyst was carried out. The precipitation behaviors of vanadium and tungsten using the artificial solution (V: $1g{\cdot}L^{-1}$, W: $10g{\cdot}L^{-1}$) was investigated depending on temperature, NaOH concentration and the amount of $CaCl_2$ (aq.) added. V (aq.) was selectively precipitated at lower temperature than 293 K while tungsten also was precipitated at higher temperature. Precipitation rate of V and W was decreased by the increasing concentration of NaOH. On the other hand, excess Ca addition induced the increase of precipitation rate for V and W due to the formation of $Ca(OH)_2$ following the pH decline. The response surface methodology was employed to optimize the selective precipitation. Vanadium of 99.5% and tungsten of 0.0% was precipitated at $0.5mol{\cdot}L^{-1}$ of aqueous NaOH and 1 equivalent ratio of $CaCl_2$ at 293 K.

반응표면법을 활용한 복합재 팬 블레이드의 적층 설계변수 연구

성윤주(YoonJu Sung),전용운(YongUn Jun),박정선(Jungsun Park) 항공우주시스템공학회 2019 항공우주시스템공학회 학술대회 발표집 Vol.2019 No.5

반응표면법 및 비지배 분류 유전자 알고리즘을 이용한 취배수문의 응력 및 변형 최적화

김동수(Dong Soo Kim),이종수(Jongsoo Lee),최하영(Ha-Young Choi) 한국해양공학회 2013 韓國海洋工學會誌 Vol.27 No.2

A valve is a marine structure that is subjected to multiple seawater loads. Therefore, it is necessary to define the kind of loads applied to it to confirm whether the structure has sufficient strength. In this research, we aimed to find the optimal solution for the stress and deformation of valves under various loads. We first selected design variables and implement a finite element analysis according to changes in the thickness of each component of a valve based on a central composite design. Next we developed a regression model of the response surface. Using this model, we calculated the optimal objective value based on NSGA?II. Finally, to confirm the correspondence between the optimal objective value and the real FEM value, we compared the optimal result and structural analysis result to verify the performance of NSGA?II.

반응표면법을 이용한 원심팬 블레이드의 고성능/저소음 최적 설계

신동휘(Donghui Shin),허승(Seung Heo),정철웅(Cheolung Cheong),김태훈(Tae-Hoon Kim),정지원(Jiwon Jung) 대한기계학회 2015 대한기계학회 춘추학술대회 Vol.2015 No.11

In this paper, centrifugal fan blades used to circulate cold air inside a household refrigerator are optimized for high-performance/low-noise using response surface method which is frequently employed as optimization algorithm when multiple independent variables affects any dependent variable. The inlet and outet blade angles, and the inner radius are selected as independent variables. First, fan blades are optimized for the maximum the volume flow rate. Based on this result, the prototype of fan is manufactured by using 3-D printer. The measured P-Q curves confirm the increased volume flow rate of the optimized fan. Then, the rotation speed of the new fan is decreased to match the P-Q curve of the existing fan. It is found that 1.7 dBA noise reduction can be achieved by using the new fan at the same volume flow rate.