One of the biggest problems in structural steel calculation is the design of structures using the lowest possible material weight, making this a slow and costly process. To achieve this objective, several optimization methods have been developed and tested. Nevertheless, a method that performs very efficiently when applied to different problems is not yet available. Based on this assumption, this work proposes a hybrid metaheuristic algorithm for geometric and dimensional optimization of space trusses, called Simulated Squirrel Search Algorithm, which consists of an association of the well-established neighborhood shifting algorithm (Simulated Annealing) with a recently developed promising population algorithm (Squirrel Search Algorithm, or SSA). In this study, two models are tried, being respectively, a classical model from the literature (25-bar space truss) and a roof system composed of space trusses. The structures are subjected to resistance and displacement constraints. A penalty function using Fuzzy Logic (FL) is investigated. Comparative analyses are performed between the Squirrel Search Algorithm (SSSA) and other optimization methods present in the literature. The results obtained indicate that the proposed method can be competitive with other heuristics.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.28
no.10
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pp.1558-1565
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2004
It is important to determine supporting locations for structural stability when a structure is loaded with non-uniform load or supporting locations as well as the number of the supporting structures are restricted by the problem of space. Moreover, the supporting location optimization of complex structure in real world is frequently faced with discontinuous design space. Therefore, the traditional optimization methods based on derivative are not suitable Whereas, Genetic Algorithm (CA) based on stochastic search technique is a very robust and general method. The KSTAR in-vessel control coil installed in vacuum vessel is loaded with non- uniform electro-magnetic load and supporting locations are restricted by the problem of space. This paper shows the supporting location optimization for structural stability of the in-vessel control coil. Optimization has been performed by means of a developed program. It consists of a Finite Element Analysis interfaced with a Genetic Algorithm. In addition, this paper presents an algorithm to find an optimum solution in discontinuous space using continuous design variables.
A Carbon Fiber Composite (CFC) framework was designed for a small lightweight space camera. According to the distribution characteristics of each optical element in the optical system, CFC (M40J) was chosen to accomplish the design of the framework. TC4 embedded parts were used to solve the low accuracy of the CFC framework interface problem. An integrated optimization method and the optimization strategy which combined a genetic global optimization algorithm with a downhill simplex local optimization algorithm were adopted to optimize the structure parameters of the framework. After optimization, the total weight of the CFC framework and the TC4 embedded parts is 15.6 kg, accounting for only 18.4% that of the camera. The first order frequency of the camera reaches 104.8 Hz. Finally, a mechanical environment test was performed, and the result demonstrates that the first order frequency of the camera is 102 Hz, which is consistent with the simulation result. It further verifies the rationality and correctness of the optimization result. The integrated optimization method mentioned in this paper can be applied to the structure design of other space cameras, which can greatly improve the structure design efficiency.
Kim Sang-Jin;Seon Yong-Hee;Lee Jae-Woo;Byun Yung-Hwan
한국전산유체공학회:학술대회논문집
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2000.10a
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pp.46-53
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2000
To improve the performance at all design points, multi-point optimization method is implemented for the nose fairing shape design of space launcher. The response surface method is used to effectively reduce the huge computational loads during the optimization process. The drag is selected as the objective function, and the surface heat transfer characteristics, and the internal volume of the nose fairing ate considered as design constraints. Full Wavier-Stokes equations are selected as governing equations. Two points drag minimization, and two points drag / heat flux optimization were successfully performed and configurations which have good performance for the wide operation range were derived. By considering three design points, the space launcher shape which undergoes the least drag during whole flight mission was designed. For all the design cases, the constructed response surfaces show good confidence level with only 23 design points with the proper stretching of the design space.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.6
s.249
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pp.722-727
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2006
Bone fracture healing is one of the important topics in biomechanics, demanding computation simulations due to the difficulty of obtaining experimental or clinical results. In this study, we adopt the design space optimization method which was established by the authors as a tool for the simulation of bone growth using its evolutionary characteristics. As the mechanical stimulus, strain energy density is used. We assume that bone tissues over a threshold strain energy density will be differentiated and bone tissues below another threshold will be resorbed. Under compression and torsion as loadings, the filling process of the defect is well illustrated following the given mechanical criterion. It is shown that the design space optimization is an excellent tool for simulating the evolutionary process of bone growth, which has not been possible otherwise.
This paper presents an optimization process using Genetic Algorithm (GA) for minimum weight by selecting suitable standard sections from a specified list taken from American Institute of Steel Construction (AISC). The stress constraints obeying AISC-LRFD (American Institute of Steel Construction-Load and Resistance Factor Design), lateral displacement constraints being the top and inter-storey drift, mid-span deflection constraints for the beams and geometric constraints are considered for optimum design by using GA that mimics biological processes. Optimum designs for three different space frames taken from the literature are carried out first without considering concrete slab effects in finite element analyses for the constraints above and the results are compared with the ones available in literature. The same optimization procedures are then repeated for the case of space frames with composite (steel and concrete) beams. A program is coded in MATLAB for the optimization processes. Results obtained in the study showed that consideration of the contribution of the concrete on the behavior of the floor beams results with less steel weight and ends up with more economical designs.
Park, Kang-Soo;Chang, Su-Young;Lee, Enug-Shik;Youn, Sung-Kie
Proceedings of the KSME Conference
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2001.06a
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pp.920-925
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2001
A study on the topology optimization of a multi-spectral camera for space-use is presented. A multi-spectral camera for space-use experiences degradation of optical image in the space, which can not be detected on the optical test bench on the earth. An optical surface deformation of a primary mirror, which is a principal component of the camera system, under the self-weight loading is an important factor affecting the optical performance of the whole camera system. In this study, topology optimization of the primary mirror of the camera is presented. Total mass of the primary mirror is given as a constraint to the optimization problem. The sensitivities of the objective function and constraint are calculated by direct differentiation method. Optimization procedure is carried out by an optimality criterion method using the sensitivities of the objective function and the constraint. As a preliminary example, topology optimization considering a self-weight loading is treated. For practical use, the polishing pressure is included as a loading in the topology optimization of the primary mirror. Results of the optimized design topology for the primary mirror with varying mass ratios are presented.
International Journal of Aeronautical and Space Sciences
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v.17
no.4
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pp.491-500
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2016
This paper presents a highly efficient aeroelastic optimization method based on a surrogate model; the model is verified by considering the case of a high-aspect-ratio composite wing. Optimization frameworks using the Kriging model and genetic algorithm (GA), the Kriging model and improved particle swarm optimization (IPSO), and the back propagation neural network model (BP) and IPSO are presented. The feasibility of the method is verified, as the model can improve the optimization efficiency while also satisfying the engineering requirements. Moreover, the effects of the number of design variables and number of constraints on the optimization efficiency and objective function are analysed in detail. The accuracy of two surrogate models in aeroelastic optimization is also compared. The Kriging model is constructed more conveniently, and its predictive accuracy of the aeroelastic responses also satisfies the engineering requirements. According to the case of a high-aspect-ratio composite wing, the GA is better at global optimization.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.30
no.12
s.255
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pp.1564-1572
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2006
This paper presents the kinematics and workspace optimization of the two different 2-DOF (Degrees-of-Freedom) planar parallel mechanisms: one (called 2-RPR mechanism) with translational actuators and the other (called 2-RRR mechanism) with rotational ones. First of all, the inverse kinematics and Jacobian matrix of each mechanism are derived analytically. Then, the workspace including the output-space and the joint-space is systematically analyzed in order to determine the geometric parameters and the operating range of the actuators. .Finally, the kinematic optimization of the mechanisms is performed with regards to their dexterity, stiffness and space utilization. It is expected that the optimization results can be effectively used as a basic material for the applications of the presented mechanisms to more industrial fields.
This study investigates optimum designs of steel space truss towers under seismic loading by using Jaya optimization algorithm. Turkish Earthquake Code (2007) specifications are applied on optimum designs of steel space truss towers under the seismic loading for different local site classes depending on different soil groups. The proposed novel algorithm does not have any algorithm-specific control parameters and depends only a simple revision equation. Therefore, it provides a practical solution for structural optimization problems. Optimum solutions of the different steel truss examples are carried out by selecting suitable W sections taken from American Institute of Steel Construction (AISC). In order to obtain optimum solutions, a computer program is coded in MATLAB in corporated with SAP2000-OAPI (Open Application Programming Interface). The stress and displacement constraints are applied on the design problems according to AISC-ASD (Allowable Stress Design) specifications. Firstly, a benchmark truss problem is examined to see the efficiency of Jaya optimization algorithm. Then, two different multi-element truss towers previously solved with other methods without seismic loading in literature are designed by the proposed algorithm. The first space tower is a 582-member space truss with the height of 80 m and the second space tower is a 942-member space truss of about 95 m height. The minimum optimum designs obtained with this novel algorithm for the case without seismic loading are lighter than the ones previously attained in the literature studies. The results obtained in the study show that Jaya algorithm is a practical and robust optimization method for structural optimization problems. Moreover, incorporation of the seismic loading causes significant increase in the minimum design weight.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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