A hybrid structural design and optimization methodology that combines the strengths of genetic algorithms, local search techniques, and parallel computing is developed to evolve optimal truss systems in this research effort. The primary objective that is met in evolving near-optimal or optimal structural systems using this approach is the capability of satisfying user-defined design criteria while minimizing the computational time required. The application of genetic algorithms to the design and optimization of truss systems supports conceptual design by facilitating the exploration of new design alternatives. In addition, final shape optimization of the evolved designs is supported through the refinement of member sizes using local search techniques for further improvement. The use of the hybrid approach, therefore, enhances the overall process of structural design. Parallel computing is implemented to reduce the total computation time required to obtain near-optimal designs. The support of human-computer interaction during layout optimization and local optimization is also discussed since it assists in evolving optimal truss systems that better satisfy a user's design requirements and design preferences.
This study treats the criteria, considering the fuzziness occurred by optimization design. And we applied two weighting methods to show the relative importance of criteria. This study develops multi-objective optimization programs implementing plain stress analysis by FEM and discrete optimization design uniformaly. The developed program performs a sample design of 10-member steel truss. This study can carry over the multi-objective optimization based on total system fuzzy-genetic algorithms while performing the stress analysis and optimization design. Especially, when general optimization with unreliable constraints is cannot be solve this study can make optimization design closed to realistic with fuzzy theory.
Generally, the goal of seismic retrofit design of an existing structure using energy dissipation devices is to determine the optimum design parameters of a retrofit device to satisfy a specified limit state with minimum cost. However, the presence of multiple parameters to be optimized and the computational complexity of performing non-linear analysis make it difficult to find the optimal design parameters in the realistic 3D structure. In this study, genetic algorithm-based optimal seismic retrofit methods for determining the required number, yield strength, and location of steel slit dampers are proposed to retrofit an asymmetric soft first-story structure. These methods use a multi-objective and single-objective evolutionary algorithms, each of which varies in computational complexity and incorporates nonlinear time-history analysis to determine seismic performance. Pareto-optimal solutions of the multi-objective optimization are found using a non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II). It is demonstrated that the developed multi-objective optimization methods can determine the optimum number, yield strength, and location of dampers that satisfy the given limit state of a three-dimensional asymmetric soft first-story structure. It is also shown that the single-objective distribution method based on minimizing plan-wise stiffness eccentricity turns out to produce similar number of dampers in optimum locations without time consuming nonlinear dynamic analysis.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.10
no.1
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pp.73-80
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2010
The optimal design of water distribution system have started with the least cost design of single objective function using fixed hydraulic variables, eg. fixed water demand and pipe roughness. However, more adequate design is accomplished with considering uncertainties laid on water distribution system such as uncertain future water demands, resulting in successful estimation of real network's behaviors. So, many researchers have suggested a variety of approaches to consider uncertainties in water distribution system using uncertainties quantification methods and the optimal design of multi-objective function is also studied. This paper suggests the new approach of a multi-objective optimization seeking the minimum cost and maximum robustness of the network based on two uncertain variables, nodal demands and pipe roughness uncertainties. Total design procedure consists of two folds: least cost design and final optimal design under uncertainties. The uncertainties of demands and roughness are considered with Latin Hypercube sampling technique with beta probability density functions and multi-objective genetic algorithms (MOGA) is used for the optimization process. The suggested approach is tested in a case study of real network named the New York Tunnels and the applicability of new approach is checked. As the computation time passes, we can check that initial populations, one solution of solutions of multi-objective genetic algorithm, spread to lower right section on the solution space and yield Pareto Optimum solutions building Pareto Front.
This study is for design of the detention system distributed in a watershed by the Multi-Objective Genetic Algorithms(MOGAs). A new model is developed to determine optimal size and location of detention. The developed model has two primary interfaced components such as a rainfall runoff model to simulate water surface elevation(or flowrate) and MOGAs to get the optimal solution. The objective functions used in this model depend on the peak flow and storage of detention. With various constraints such as structural limitations, capacities of storage and operational targets. The developed model is applied at Gwanyang basin within Anyang watershed. The simulation results show the maximum outlet reduction is occurred at detention facilities located in upper reach of watershed in the peak discharge rates. It is also reviewed the simultaneous construction of an off-line detention and an on-line detention. The methodologies obtained from this study will be used to control the flood discharges and to reduce flood damage in urbanized watershed.
This paper introduces the process for Multi-objective Optimization Framework (MOF) which mediates multiple conflicting design targets. Even though the extensive researches have shown the benefits of optimization in engineering and design disciplines, most optimizations have been limited to the performance-related targets or the single-objective optimization which seek optimum solution within one design parameter. In design practice, however, designers should consider the multiple parameters whose resultant purposes are conflicting. The MOF is a BIM-integrated and simulation-based parametric workflow capable of optimizing the configuration of building components by using performance and non-performance driven measure to satisfy requirements including build programs, climate-based daylighting, occupant's experience, construction cost and etc. The MOF will generate, evaluate all different possible configurations within the predefined each parameter, present the most optimized set of solution, and then feed BIM environment to minimize data loss across software platform. This paper illustrates how Multi-objective optimization methodology can be utilized in design practice by integrating advanced simulation, optimization algorithm and BIM.
Journal of Korean Institute of Industrial Engineers
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v.22
no.4
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pp.533-549
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1996
This paper is concerned with a sequencing problem in mixed model assembly lines, which is important to efficient utilization of the lines. In the problem, we deal with the two objectives of minimizing the risk of stoppage and leveling part usage, and consider sequence-dependent setup time. In this paper, we present a genetic algorithm(GA) suitable for the multi-objective optimization problem. The aim of multi-objective optimization problems is to find all possible non-dominated solutions. The proposed algorithm is compared with existing multi-objective GAs such as vector evaluated GA, Pareto GA, and niched Pareto GA. The results show that our algorithm outperforms the compared algorithms in finding good solutions and diverse non-dominated solutions.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.14
no.4
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pp.324-333
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2013
The purpose of this paper is to improve the efficiency of multi-objective topology optimization using a genetic algorithm (GA) with bar-system representation. We proposed a new GA using an elite initial population obtained from a Solid Isotropic Material with Penalization (SIMP) using a weighted sum method. SIMP with a weighted sum method is one of the most established methods using sensitivity analysis. Although the implementation of the SIMP method is straightforward and computationally effective, it may be difficult to find a complete Pareto-optimal set in a multi-objective optimization problem. In this study, to build a more convergent and diverse global Pareto-optimal set and reduce the GA computational cost, some individuals, with similar topology to the local optimum solution obtained from the SIMP using the weighted sum method, were introduced for the initial population of the GA. The proposed method was applied to a structural topology optimization example and the results of the proposed method were compared with those of the traditional method using standard random initialization for the initial population of the GA.
Despite the rapid advancement in computing resources, many real-life design and optimization problems in structural engineering involve huge computation costs. To counter such challenges, approximate models are often used as surrogates for the highly accurate but time intensive finite element models. In this paper, surrogates for first-order shear deformation based finite element models are built using a polynomial regression approach. Using statistical techniques like Box-Cox transformation and ANOVA, the effectiveness of the surrogates is enhanced. The accuracy of the surrogate models is evaluated using statistical metrics like $R^2$, $R^2{_{adj}}$, $R^2{_{pred}}$ and $Q^2{_{F3}}$. By combining these surrogates with nature-inspired multi-criteria decision-making algorithms, namely multi-objective genetic algorithm (MOGA) and multi-objective particle swarm optimization (MOPSO), the optimal combination of various design variables to simultaneously maximize fundamental frequency and frequency separation is predicted. It is seen that the proposed approach is simple, effective and good at inexpensively producing a host of optimal solutions.
The main objective of this paper is the robust multi-objective optimization design of semi-active tuned mass damper (STMD) system using genetic algorithms and fuzzy logic. For optimal design of this system, it is required that the uncertainties which may exist in the system be taken into account. This consideration is performed through the robust design optimization (RDO) procedure. To evaluate the optimal values of the design parameters, three non-commensurable objective functions namely: normalized values of the maximum displacement, velocity, and acceleration of each story level are considered to minimize simultaneously. For this purpose, a fast and elitist non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II) approach is used to find a set of Pareto-optimal solutions. The torsional effects due to irregularities of the building and/or unsymmetrical placements of the dampers are taken into account through the 3-D modeling of the building. Finally, the comparison of the results shows that the probabilistic robust STMD system is capable of providing a reduction of about 52%, 42.5%, and 37.24% on the maximum displacement, velocity, and acceleration of the building top story, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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