In recent years, heat source systems which have a principal effect on the performance of buildings are difficult to design optimally as a great number of design factors and constraints in large and complicated buildings need to be considered. On the other hand, it is necessary to design an optimum system combination and operation planning for energy efficiency considering Life Cycle Cost (LCC). This study suggests a multi-level and multi-objective optimization method to minimize both LCC and investment cost using a genetic algorithm targeting an office building which requires a large cooling load. The optimum method uses a two stage process to derive the system combination and the operation schedule by utilizing the input data of cooling and heating load profile and system performance characteristics calculated by dynamic energy simulation. The results were assessed by Pareto analysis and a number of Pareto optimal solutions were determined. Moreover, it was confirmed that the derived operation schedule was useful for operating the heat source systems efficiently against the building energy requirements. Consequently, the proposed optimization method is determined by a valid way if the design process is difficult to optimize.
Since the inception of off-line quality control, it has drawn a particular attention from research community and it has been implemented in a wide variety of industries mainly due to its extensive applicability to numerous real situations. Emphasizing design issues rather than control issues related to manufacturing processes, off-line quality control has been recognized as a cost-effective approach to quality improvement. It mainly consists of three design stages: system design, parameter design, and tolerance design which are implemented in a sequential manner. Utilizing experimental designs and optimization techniques, off-line quality control is aimed at achieving product performance insensitive to external noises by reducing process variability. In spite of its conceptual soundness and practical significance, however, off-line quality control has also been criticized to a great extent due to its heuristic nature of investigation. In addition, it has also been pointed out that the process optimization procedures are inefficient. To enhance the current practice of off-line quality control, this study proposes an integrated optimization model by utilizing a well-established statistical tool, so called response surface methodology (RSM), and a tolerance - cost relationship.
Optimization of the concrete mixture design is a process of search for a mixture for which the sum of the cost of the ingredients is the lowest, yet satisfying the required performance of concrete. In this study, a statistical model was carried out to model a cost effective optimal mix proportioning of high strength self-compacting concrete (HSSCC) using the Response Surface Methodology (RSM). The effect of five key mixture parameters such as water-binder ratio, cement content, fine aggregate percentage, fly ash content and superplasticizer content on the properties and performance of HSSCC like compressive strength, passing ability, segregation resistance and manufacturing cost were investigated. To demonstrate the responses of model in quadratic manner Central Composite Design (CCD) was chosen. The statistical model showed the adjusted correlation coefficient R2adj values were 92.55%, 93.49%, 92.33%, and 100% for each performance which establish the adequacy of the model. The optimum combination was determined to be $439.4kg/m^3$ cement content, 35.5% W/B ratio, 50.0% fine aggregate, $49.85kg/m^3$ fly ash, and $7.76kg/m^3$ superplasticizer within the interest region using desirability function. Finally, it is concluded that multiobjective optimization method based on desirability function of the proposed response model offers an efficient approach regarding the HSSCC mixture optimization.
In this paper, a procedure for automated optimized design of reinforced concrete frames has been presented. The procedure consists of formulation and solution of the design problem in the form of an optimization problem. The minimization of total cost of R/C frame has been taken as the objective of optimization problem. In this research, consistent approximation method is applied to explicitly formulate constraints and objective function in terms of the design variables. In the presented method, the primary optimization problem is replaced with a sequence of explicit sub-problems. Each sub-problem is efficiently solved using the Sequential Quadratic Programming (SQP) method. The proposed method is demonstrated through a four-story frame and an eight-story frame, and the optimum results are compared with those in the available literature. It is shown that the proposed method can be easily applied to obtain rational, reliable, economical and practical designs for Reinforced Concrete Moment Resisting Frames (RCMRFs) while it is converged after a few analyses.
In this paper, an innovative procedure is proposed for the seismic design of reinforced concrete frame structures. The main contribution of the proposed procedure is to minimize the construction cost, considering the uniform damage distribution over the height of structure due to earthquake excitations. As such, this procedure is structured in the framework of an optimization problem, and the initial construction cost is chosen as the objective function. The aim of uniform damage distribution is reached through a design constraint in the optimization problem. Since this aim requires defining allowable degree of damage, a damage pattern based on the concept of global collapse mechanism is presented. To show the efficiency of the proposed procedure, the uniform damage-based optimum seismic design is compared with two other seismic design procedures, which are the strength-based optimum seismic design and the damage-based optimum seismic design. By using the three different seismic design methods, three reinforced concrete frames including six-, nine-, and twelve-story with three bays are designed optimally under a same artificial earthquake. Then, to show the effects of the uniform damage distribution, all three optimized frames are used for seismic damage analysis under a suite of earthquake records. The results show that the uniform damage-based optimum seismic design method renders a design that will suffer less damage under severe earthquakes.
Optimal design of the water supply pipe network aims to minimize construction cost while satisfying the required hydraulic constraints such as the minimum and maximum pressures, and velocity. Since considering one single design factor (i.e., cost) is very vulnerable for including future conditions and cannot satisfy operator's needs, various design factors should be considered. Hence, this study presents three kinds of design factors (i.e., minimizing construction cost, maximizing reliability, and surplus head) to perform multi-objective optimization design. Harmony Search (HS) Algorithm is used as an optimization technique. As well-known benchmark networks, Hanoi network and Gyeonggi-do P city real world network are used to verify the applicability of the proposed model. In addition, the proposed multi-objective model is also applied to a real water distribution networks and the optimization results were statistically analyzed. The results of the optimal design for the benchmark and real networks indicated much better performance compared to those of existing designs and the other approach (i.e., Genetic Algorithm) in terms of cost and reliability, cost, and surplus head. As a result, this study is expected to contribute for the efficient design of water distribution networks.
A low-cost optimal double-prism method is proposed by using the developed MATLAB program to correct chromatic aberration. We present an efficient approach to choose a couple of low-cost glasses to obtain a low aberration double prism. The doublet prisms were made of two lead-free glasses. The relative partial dispersion of the two lead-free glasses is identical and their Abbe numbers are different greatly. The proposed design aims to minimize chromatic aberration, such as in apochromats, for paraxial ray tracing. Finally, an optimization design for real ray tracing can be evaluated by the chromatic aberration curve with a minimal area.
The construction of segmental precast concrete bridge is an increase due to its superior performance and economic advantages. This type of bridge is appropriate for spans within 30 to 150 m (100 to 500 ft), known as mega-projects and the design optimization would lead to considerable economic benefits. A box-girder cross section superstructure of balanced cantilever construction method is assessed here. The depth of cross section, (variable along the span linearly), bottom flange thickness, and the count of strands are considered as design variables. The optimum design is characterized by geometry, serviceability, ductility, and ultimate limit states specified by AASHTO. Genetic algorithm (GA) is applied in two fronts: as to the saving in construction cost 8% and as to concrete volume 6%. The sensitivity analysis is run by considering different parameters like span/depth ratio, relation between superstructure cost, span length and concrete compressive strength.
The purpose of this research was developing an integrated way to solve two typical tolerance optimization problem i.e. optimal tolerance allotment and design centering. A new problem definition design centering-tolerance allotment problem (DCTA) was proposed here for the first time and solved. Genetic algorithm and coarse Monte Carlo simulation were used to solve the stochastic optimization problem. Optimal costs were compared with the costs from the previous optimization strategies Significant cost reductions were achieved by DCTA scheme.
In this study, two common types of laterally supported castellated beams are considered as design problems: beams with hexagonal openings and beams with circular openings. The main goal of manufacturing these beams is to increase the moment of inertia and section modulus, which results in greater strength and rigidity. These types of open-web beams have found widespread use, primarily in buildings, because of great savings in materials and construction costs. Hence, the minimum cost is taken as the design objective function and the Colliding Bodies Optimization (CBO) method is utilized for obtaining the solution of the design problem. The design methods used in this study are consistent with BS5950 Part 1 and Part 3, and Euro Code 3. A number of design examples are considered to optimize by CBO algorithm. Comparison of the optimal solution of the CBO algorithm with those of the Enhanced Charged System Search (ECSS) method demonstrate the capability of CBO in solving the present type of design problem. It is also observed that optimization results obtained by the CBO algorithm for three design examples have less cost in comparison to the results of the ECSS algorithm. From the results obtained in this paper, it can be concluded that the use of beam with hexagonal opening requires smaller amount of steel material and it is superior to the cellular beam from the cost point of view.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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