The uncertainties involved in structural performances are of importance when the optimum number and property of seismic retrofit devices are determined. This paper proposes a seismic retrofit design framework for asymmetric soft-first-story buildings, considering uncertainties in the soil condition and seismic retrofit device. The effect of the uncertain parameters on the structural performance is used to find a robust and optimal seismic retrofit solution. The framework finds a robust and optimal seismic retrofit solution by finding the optimal locations and mechanical properties of the seismic retrofit device for different realizations of the uncertain parameters. The structural performance for each realization is computed to evaluate the effect of the uncertainty parameters on the seismic performance. The framework utilizes parallel processing to decrease the computationally intensive nonlinear dynamic analysis time. The framework returns a robust design solution that satisfies the given limit state for every realization of the uncertain parameters. The proposed framework is applied to the seismic retrofit design of a five-story asymmetric soft-first-story case study structure retrofitted with a viscoelastic damper. Robust optimal parameters for retrofitting a structure to satisfy the limit state for the different realizations of the uncertain parameter are found using the proposed framework. According to the performance evaluation results of the retrofitted structure, the developed framework is proved effective in the seismic retrofit of the asymmetric structure with inherent uncertainties.
Reliability-based design optimization (RBDO) problem is usually formulated as an optimization problem to minimize an objective function subjected to probabilistic constraint functions which may include deterministic design variables as well as random variables. The challenging task is that, because the probability models of the random variables are often assumed based on limited data, there exists a possibility of selecting inappropriate distribution models and/or model parameters for the random variables, which can often lead to disastrous consequences. In order to select the most appropriate distribution model from the limited observation data as well as model parameters, this study takes into account a set of possible candidate models for the random variables. The suitability of each model is then investigated by employing performance and risk functions. In this regard, this study enables structural design optimization and fitness assessment of the distribution models of the random variables at the same time. As the first paper of a two-part series, this paper describes a new design method considering probability model uncertainties. The robust performance of the proposed method is presented in Part 2. To demonstrate the effectiveness of the proposed method, an example of ten-bar truss structure is considered. The numerical results show that the proposed method can provide the optimal design variables while guaranteeing the most desirable distribution models for the random variables even in case the limited data are only available.
In the case of designing control devices in a building, reliance on experimental formulation or engineering concepts without using optimization algorithms leads to non-optimal solutions or design parameters, which makes the use of control devices costly and unreasonable. The optimization algorithms are capable of identifying the required number of parameters for a specific design problem, however, this process is difficult and inefficient in dealing with some specific optimal design processes. This paper aims to introduce an upgraded version of the salp swarm algorithm to handle some engineering design. The performance of the new upgraded algorithm is tested using some benchmark test functions as well as a six-story benchmark building equipped with semi-active MR dampers. The simulation results show that the proposed algorithm can be successfully applied to get an optimal design of the MR dampers in the building.
Kim Jae Hun;Park Joon Hong;Jung Sung Yuen;Son Jin Hyuk;Kim Chul
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.22
no.5
s.170
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pp.28-36
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2005
A gerotor pump is suitable for oil hydraulics of machine tools, automotive engines, compressors, constructions and other various applications, which are highly accepted by designers. Especially the pump is an essential machine element of an automotive engine to feed lubricant oil. However, related industries do not have necessary technology to design and optimize the pump and paid royalties of rotor profile on an advanced country. Also, gerotor pumps with unsettled design parameters have not been sufficiently analyzed from a theoretical view of design. Therefore, it is still very difficult for the pump designer and manufacturer to decide the specifications for the required gerotor pump by users. In this study, the design optimization has been carried out to determine the design parameters that maximize the specific flow rate and minimize the flow rate irregularity. Theoretical analyses and optimal design of the gerotor oil pump have been performed by mathematical base, numerical method and knowledge of kinematics. An automated design system of the tooth profile has been developed through Auto LISP language and CAD method considering various design parameters. Finally, an optimally designed model for a general type of a gerotor pump has been generated and experimentally verified for the pump performances.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2000.04b
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pp.449-457
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2000
The paper describes the study of global approximate optimization utilizing soft computing techniques such as genetic algorithms (GA's), neural networks (NN's), and fuzzy inference systems(FIS). GA's provide the increasing probability of locating a global optimum over the entire design space associated with multimodality and nonlinearity. NN's can be used as a tool for function approximations, a rapid reanalysis model for subsequent use in design optimization. FIS facilitates to handle the quantitative design information under the case where the training data samples are not sufficiently provided or uncertain information is included in design modeling. Properties of soft computing techniques affect the quality of global approximate model. Evolutionary fuzzy modeling (EFM) and adaptive neuro-fuzzy inference system (ANFIS) are briefly introduced for structural optimization problem in this context. The paper presents the success of EFM depends on how optimally the fuzzy membership parameters are selected and how fuzzy rules are generated.
We present the minimum weight optimum design of cross sectional for frame structures subject to natural frequency. The optimum design in this paper employ discrete and continuous design variables and Genetic Algorithms. In this paper, Genetic Algorithms is used in optimization process, and be used the method of Elitism and penalty parameters in order to improved fitness in the reproduction process. For 1-Bay 2-Story frame structure, in examples, continuous and discrete design variables are used, and W-section (No.1~No.64), from AISC, discrete data are used in discrete optimization. In this case, Exhaustive search are used for finding global optimum. Continuous variables are used for 1-Bay 7-Story frame structure. Two typical frame structure optimization examples are employed to demonstrate the availability of Genetic Algorithms for solving minimum weight optimum of frame structures with fundamental and multi frequency.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.24
no.1
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pp.57-64
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2024
This study numerically compares optimum solutions generated by element- and node-wise topology optimization designs for free vibration structures, where element-and node-wise denote the use of element and nodal densities as design parameters, respectively. For static problems optimal solution comparisons of the two types for topology optimization designs have already been introduced by the author and many other researchers, and the static structural design is very common. In dynamic topology optimization problems the objective is in general related to maximum Eigenfrequency optimization subject to a given material limit since structures with a high fundamental frequency tend to be reasonable stiff for static loads. Numerical applications topologically maximizing the first natural Eigenfrequency verify the difference of solutions between element-and node-wise topology optimum designs.
In this paper, numerical study has been done for the improvement of the superdetonative ram accelerator performance and for the design optimization of the system. The objective function to optimize the premixture composition is the ram tube length required to accelerate projectile from initial velocity $V_o$ to target velocity $V_e$. The premixture is composed of $H_2,\;O_2,\;N_2$ and the mole numbers of these species are selected at design variables. RSM(Response Surface Methodology) which is widely used for the complex optimization problems is selected as the optimization technique. In particular, to improve the non-linearity of the response and to consider the accuracy and efficiency of the solution, design space stretching technique has been applied. Separate sub-optimization routine is introduced to determine the stretching position and clustering parameters which construct the optimum regression model. Two step optimization technique has been applied to obtain the optimal system. With the application of stretching technique, we can perform system optimization with a small number of experimental points, and construct precise regression model for highly non-linear domain. The error to compared with analysis result is only $0.01\%$ and it is demonstrated that present method can be applied more practical design optimization problems with many design variables.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.43
no.4
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pp.326-333
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2015
A turbo fan engine performance analysis program combined with a particle swarm optimization(PSO) has been developed to optimize the major design parameters of the combat aircraft gas turbine engine. The optimized parameters includes bypass ratio, fan pressure ratio, high pressure compression ratio and burner exit temperature. The objective parameters have been determined using a multi-objective function consisting of the net thrust and specific fuel consumption along a weight function. The basic model for the combat aircraft gas turbine engine has been selected as the F404 turbofan engine which is widely used in the combat aircraft, F-18 and Korean high level training aircraft, T-50. The optimal conditions of four parameters have been obtained for various design conditions.
This paper proposes the hybrid algorithm for the optimization of the structure and parameters of the fuzzy neural networks by genetic algorithms (GA) to improve the behaviour and the design of fuzzy neural networks. Fuzzy neural networks have a distinguishing feature in that they can possess the advantage of both neural networks and fuzzy systems. In this way, we can bring the low-level learning and computational power of neural networks into fuzzy systems and also high-level, human like IF-THEN rule thinking and reasoning of fuzzy systems into neural networks. As a result, there are many research works concerning the optimization of the structure and parameters of fuzzy neural networks. In this paper, we propose the hybrid algorithm that can optimize both the structure and parameters of fuzzy neural networks. Numerical example is provided to show the advantages of the proposed method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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