Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.21
no.2
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pp.89-97
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2021
This paper describes an adaptive hybrid evolutionary firefly algorithm for a topology optimization of truss structures. The truss topology optimization problems begins with a ground structure which is composed of all possible nodes and members. The optimization process aims to find the optimum layout of the truss members. The hybrid metaheuristics are then used to minimize the objective functions subjected to static or dynamic constraints. Several numerical examples are examined for the validity of the present method. The performance results are compared with those of other metaheuristic algorithms.
This paper introduces an approach to enhance the performance of magnetic manipulation systems for microrobot actuation. A variety of eight-electromagnet configurations have been proposed to date. The previous study revealed that achieving 5 degrees of freedom (5-DOF) control necessitates at least eight electromagnets without encountering workspace singularities. But so far, the research considering the influence of iron cores embedded in electromagnets has not been conducted. This paper offers a novel approach to optimizing electromagnet configurations that effectively consider the influence of iron cores. The proposed methodology integrates probabilistic optimization with finite element methods (FEM), using Bayesian Optimization (BO). The Bayesian optimization aims to optimize the worst-case magnetic force generation for enhancing the performance of magnetic manipulation system. The proposed simulation-based model achieves approximately 20% improvement compared to previous systems in terms of actuation performance. This study has the potential for enhancing magnetic manipulation systems for microrobot control, particularly in medical and microscale technology applications.
This study shows functionally graded material structural topology optimization under buckling constraints. The SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization) material model is used and a method of moving asymptotes is also employed to update topology design variables. In this study, the quadrilateral element is applied to compute buckling load factors. Instead of artificial density properties, functionally graded materials are newly assigned to distribute optimal topology materials depending on the buckling load factors in a given design domain. Buckling load factor formulations are derived and confirmed by the resistance of functionally graded material properties. However, buckling constraints for functionally graded material topology optimization have not been dealt with in single material. Therefore, this study aims to find the minimum compliance topology optimization and the buckling load factor in designing the structures under buckling constraints and generate the functionally graded material distribution with asymmetric stiffness properties that minimize the compliance. Numerical examples verify the superiority and reliability of the present method.
A kind of modified epoxy resin sheet molding compounds of the impeller has been designed. Through the test, the non-metal impeller has a better environmental aging performance, but must do the waterproof processing design. In order to improve the stability of the impeller vibration design, the influence of uncertainty factors is considered, and a multi-objective robust optimization method is proposed to reduce the weight of the impeller. Firstly, based on the fluid-structure interaction, the analysis model of the impeller vibration is constructed. Secondly, the optimal approximate model of the impeller is constructed by using the Latin hypercube and radial basis function, and the fitting and optimization accuracy of the approximate model is improved by increasing the sample points. Finally, the micro multi-objective genetic algorithm is applied to the robust optimization of approximate model, and the Monte Carlo simulation and Sobol sampling techniques are used for reliability analysis. By comparing the results of the deterministic, different sigma levels and different materials, the multi-objective optimization of the SMC molding impeller can meet the requirements of engineering stability and lightweight. And the effectiveness of the proposed multi-objective robust optimization method is verified by the error analysis. After the SMC molding and the robust optimization of the impeller, the optimized rate reached 42.5%, which greatly improved the economic benefit, and greatly reduce the vibration of the ventilation system.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.39
no.3
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pp.259-268
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2015
An optimization method for the tube hydroforming process is developed using the equivalent static loads method for non linear static response structural optimization (ESLSO). The aims of the tube hydroforming optimization are to determine the axial forces (axial feedings) and the internal pressures, and to obtain the desired shape without failures after hydroforming analysis. Therefore, the magnitude of the forces should be design variables in the optimization process. Also, some tube hydroforming optimization needs to consider the result of the thickness in nonlinear dynamic analysis as responses. However, the external forces are considered as constants and the thickness is not a response in the linear response optimization process of the original ESLSO. Thus, a new ESLSO process is proposed to overcome the difficulties and some examples are solved to validate the proposed method.
Journal of Korean Society of Industrial and Systems Engineering
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v.40
no.1
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pp.95-104
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2017
This paper deals with solution methods for discrete and multi-valued optimization problems. The objective function of the problem incorporates noise effects generated in case that fitness evaluation is accomplished by computer based experiments such as Monte Carlo simulation or discrete event simulation. Meta heuristics including Genetic Algorithm (GA) and Discrete Particle Swarm Optimization (DPSO) can be used to solve these simulation based multi-valued optimization problems. In applying these population based meta heuristics to simulation based optimization problem, samples size to estimate the expected fitness value of a solution and population (particle) size in a generation (step) should be carefully determined to obtain reliable solutions. Under realistic environment with restriction on available computation time, there exists trade-off between these values. In this paper, the effects of sample and population sizes are analyzed under well-known multi-modal and multi-dimensional test functions with randomly generated noise effects. From the experimental results, it is shown that the performance of DPSO is superior to that of GA. While appropriate determination of population sizes is more important than sample size in GA, appropriate determination of sample size is more important than particle size in DPSO. Especially in DPSO, the solution quality under increasing sample sizes with steps is inferior to constant or decreasing sample sizes with steps. Furthermore, the performance of DPSO is improved when OCBA (Optimal Computing Budget Allocation) is incorporated in selecting the best particle in each step. In applying OCBA in DPSO, smaller value of incremental sample size is preferred to obtain better solutions.
International conference on construction engineering and project management
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2007.03a
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pp.642-652
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2007
Many contracting firms and project managers in the construction industry have started to utilize multi objective optimization methods to handle multiple conflicting goals for completing the project within the stipulated time and budget with required quality and safety. These optimization methods have increased the pressure on decision makers to search for an optimal resources utilization plan that optimizes simultaneously the total project cost, completion time, and crashing cost by considering indirect cost, contractual penalty cost etc., practically charging them in terms of direct cost of the project which is fuzzy in nature. This paper presents a multiple fuzzy goal programming model (MFGP) that supports decision makers in performing the challenging task. The model incorporates the fuzziness which stems from the imprecise aspiration levels attained by the decision maker to these objectives that are quantified through fuzzy linear membership function. The membership values of these objectives are then maximized which forms the fuzzy decision. The problem is solved using LINGO 8 optimization solver and the best compromise solution is identified. Comparison between solutions of MFGP, fuzzy multi objective linear programming (FMOLP) and multiple goal programming (MGP) are also presented. Additionally, an interactive decision making process is developed to enable the decision maker to interact with the system in modifying the fuzzy data and model parameters until a satisfactory solution is obtained. A case study is considered to demonstrate the feasibility of the proposed model for optimization of project network parameters in the construction industry.
Current methods of analysis of trusses depend on matrix formulations based on equilibrium equations which are in fact derived from energy principles, and compatibility conditions. Recently it has been shown that the minimum energy principle, by itself, in its pure and unmodified form, can well be exploited to analyze structures when coupled with an optimization algorithm, specifically with a meta-heuristic algorithm. The resulting technique that can be called Total Potential Optimization using Meta-heuristic Algorithms (TPO/MA) has already been applied to analyses of linear and nonlinear plane trusses successfully as coupled with simulated annealing and local search algorithms. In this study the technique is applied to both 2-dimensional and 3-dimensional trusses emphasizing robustness, reliability and accuracy. The trials have shown that the technique is robust in two senses: all runs result in answers, and all answers are acceptable as to the reliability and accuracy within the prescribed limits. It has also been shown that Harmony Search presents itself as an appropriate algorithm for the purpose.
Kim, Jihoon;Kim, Jong-Won;Jin, Sangrok;Seo, TaeWon;Kim, Jongwon
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.30
no.10
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pp.1031-1039
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2013
This paper presents gain optimization of a 6-DOF underwater robotic platform with 4 rotatable thrusters. To stabilize the 6-DOF motion of the underwater robotic platform, a back-stepping controller is designed with 6 proportional gains and 6 derivative gains. The 12 gains of the backstepping controller are optimized to decrease settling time in step response in 6-DOF motion independently. Stability criterion and overshoots are used as a constraint of the optimization problem. Trust-region algorithm and hybrid Taguchi-Random order Coordinate search algorithm are used to determine the optimal parameters, and the results by two methods are analyzed. Additionally, the resulting controller shows improved performance under disturbances.
Flow through a scaled horizontal axis marine current turbine was numerically simulated after validation and the turbine design was optimized. The computational fluid dynamics (CFD) code Ansys-CFX 16.1 for numerical modeling, an in-house blade element momentum (BEM) code for analytical modeling and an in-house surrogate-based optimization (SBO) code were used to find an optimal turbine design. The blade-pitch angle (${\theta}$) and the number of rotor blades (NR) were taken as design variables. A single objective optimization approach was utilized in the present work. The defined objective function was the turbine's power coefficient ($C_P$). A $3{\times}3$ full-factorial sampling technique was used to define the sample space. This sampling technique gave different turbine designs, which were further evaluated for the objective function by solving the Reynolds-Averaged Navier-Stokes equations (RANS). Finally, the SBO technique with search algorithm produced an optimal design. It is found that the optimal design has improved the objective function by 26.5%. This article presents the solution approach, analysis of the turbine flow field and the predictability of various surrogate based techniques.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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