Natural frequencies of the structural systems should be far away from the excitation frequency in order to avoid or reduce the destructive effects of dynamic loads on structures. To accomplish this goal, a structural optimization on size and shape has been performed considering frequency constraints. Such an optimization problem has highly nonlinear property. Thus, the quality of the solution is not independent of the optimization technique to be applied. This study presents the performance evaluation of the recently proposed meta-heuristic algorithm called Teaching Learning Based Optimization (TLBO) as an optimization engine in the weight optimization of the truss structures under frequency constraints. Some examples regarding the optimization of trusses on shape and size with frequency constraints are solved. Also, the results obtained are tabulated for comparison. The results demonstrated that the performance of the TLBO is satisfactory. Additionally, TLBO is better than other methods in some cases.
Harmony search algorithm is an emerging meta-heuristic optimization algorithm, which is inspired by the music improvisation process and can solve different optimization problems. In order to further improve the performance of the algorithm, this paper proposes an improved harmony search algorithm. Key parameters including harmonic memory consideration (HMCR), pitch adjustment rate (PAR), and bandwidth (BW) are optimized as the number of iterations increases. Meanwhile, referring to the genetic algorithm, an improved method to generate a new crossover solutions rather than the traditional mechanism of improvisation. Four complex function optimization and pressure vessel optimization problems were simulated using the optimization algorithm of standard harmony search algorithm, improved harmony search algorithm and exploratory harmony search algorithm. The simulation results show that the algorithm improves the ability to find global search and evolutionary speed. Optimization effect simulation results are satisfactory.
International conference on construction engineering and project management
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2015.10a
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pp.656-657
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2015
Recently, Multi-Objective Optimization of design elements is an important issue in building design. Design variables that considering the specificities of the different environments should use the appropriate algorithm on optimization process. The purpose of this study is to compare and analyze the optimal solution using three evolutionary algorithms and energy modeling simulation. This paper consists of three steps: i)Developing three evolutionary algorithm model for optimization of design elements ; ii) Conducting Multi-Objective Optimization based on the developed model ; iii) Conducting comparative analysis of the optimal solution from each of the algorithms. Including Non-dominated Sorted Genetic Algorithm (NSGA-II), Multi-Objective Particle Swarm Optimization (MOPSO) and Random Search were used for optimization. Each algorithm showed similar range of result data. However, the execution speed of the optimization using the algorithm was shown a difference. NSGA-II showed the fastest execution speed. Moreover, the most optimal solution distribution is derived from NSGA-II.
In this study, the three different meta-heuristics namely the Grey Wolf Optimizer (GWO), Stochastic Fractal Search (SFS), and Adaptive Differential Evolution with Optional External Archive (JADE) algorithms are examined. This study considers optimization of the planer frame to minimize its weight subjected to the strength and displacement constraints as per the American Institute of Steel and Construction - Load and Resistance Factor Design (AISC-LRFD). The GWO algorithm is associated with grey wolves' activities in the social hierarchy. The SFS algorithm works on the natural phenomenon of growth. JADE on the other hand is a powerful self-adaptive version of a differential evolution algorithm. A one-bay ten-story planar steel frame problem is examined in the present work to investigate the design ability of the proposed algorithms. The frame design is produced by optimizing the W-shaped cross sections of beam and column members as per AISC-LRFD standard steel sections. The results of the algorithms are compared. In addition, these results are also mapped with other state-of-art algorithms.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.21
no.2
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pp.71-77
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2016
There has been unknown polynomial time algorithm for cellular formation problem (CFP) that is one of the NP-hard problem. Therefore metaheuristic method has been applied this problem to obtain approximated solution. This paper shows the existence of polynomial-time heuristic algorithm in CFP. The proposed algorithm performs coarse-grained and fine-grained cell formation process. In coarse-grained cell formation process, the cell can be formed in accordance with machine frequently used that is the number of other products use same machine with special product. As a result, the machine can be assigned to most used cell. In fine-grained process, the product and machine are moved into other cell that has a improved grouping efficiency. For 35 experimental data, this heuristic algorithm performs better grouping efficiency for 12 data than best known of meta-heuristic methods.
The present paper focuses on size optimization of double layer barrel vaults considering nonlinear behavior. In order to tackle the optimization problem an improved colliding bodies optimization (ICBO) algorithm is proposed. The important task that should be achieved before optimization of structural systems is to determine the best form having the least cost. In this study, an attempt is done to find the best form then it is optimized considering linear and non-linear behaviors. In the optimization process based on nonlinear behavior, the geometrical and material nonlinearity effects are included. A large-scale double layer barrel vault is presented as the numerical example of this study and the obtained results indicate that the proposed ICBO has better computational performance compared with other algorithms.
The effectiveness of coupling with a bolted rim is assessed in this research using a newly designed optimization algorithm. The current study, which is provided here, evaluates 10 contemporary metaheuristic approaches for enhancing the coupling with bolted rim design problem. The algorithms used are particle swarm optimization (PSO), crow search algorithm (CSA), enhanced honeybee mating optimization (EHBMO), Harmony search algorithm (HSA), Krill heard algorithm (KHA), Pattern search algorithm (PSA), Charged system search algorithm (CSSA), Salp swarm algorithm (SSA), Big bang big crunch optimization (B-BBBCO), Gradient based Algorithm (GBA). The contribution of the paper isto optimize the coupling with bolted rim problem by comparing these 10 algorithms and to find which algorithm gives the best optimized result. These algorithm's performance is evaluated statistically and subjectively.
Structural sizing is a rewarding task due to its non-convex constrained nature in the design space. In order to provide both global exploration and proper search refinement, a hybrid method is developed here based on outstanding features of Evolutionary Computing and Teaching-Learning-Based Optimization. The new method introduces an observer phase for memory exploitation in addition to vector-sum movements in the original teacher and learner phases. Proper integer coding is suited and applied for structural size optimization together with a fly-to-boundary technique and an elitism strategy. Performance of the proposed method is further evaluated treating a number of truss examples compared with teaching-learning-based optimization. The results show enhanced capability of the method in efficient and stable convergence toward the optimum and effective capturing of high quality solutions in discrete structural sizing problems.
In this study, optimum structural designs of braced (non-swaying) planar steel frames are investigated by using one of the recent meta-heuristic search techniques, teaching-learning based optimization. Optimum design problems are performed according to American Institute of Steel Construction- Allowable Stress Design (AISC-ASD) specifications. A computer program is developed in MATLAB interacting with SAP2000 OAPI (Open Application Programming Interface) to conduct optimization procedures. Optimum cross sections are selected from a specified list of 128W profiles taken from AISC. Two different braced planar frames taken from literature are carried out for stress, geometric size, displacement and inter-storey drift constraints. It is concluded that teaching-learning based optimization presents robust and applicable optimum solutions in multi-element structural problems.
In structural mechanics, traditional analyses methods usually employ matrix operations for obtaining displacement and internal forces of the structure under the external effects, such as distributed loads, earthquake or wind excitations, and temperature changing inter alia. These matrices are derived from the well-known principle of mechanics called minimum potential energy. According to this principle, a system can be in the equilibrium state only in case when the total potential energy of system is minimum. A close examination of the expression of the well-known equilibrium condition for linear problems, $P=K{\Delta}$, where P is the load vector, K is the stiffness matrix and ${\Delta}$ is the displacement vector, it is seen that, basically this principle searches the displacement set (or deformed shape) for a system that minimizes the total potential energy of it. Instead of using mathematical operations used in the conventional methods, with a different formulation, meta-heuristic algorithms can also be used for solving this minimization problem by defining total potential energy as objective function and displacements as design variables. Based on this idea the technique called Total Potential Optimization using Meta-heuristic Algorithms (TPO/MA) is proposed. The method has been successfully applied for linear and non-linear analyses of trusses and truss-like structures, and the results have shown that the approach is much more successful than conventional methods, especially for analyses of non-linear systems. In this study, the application of TPO/MA, with Harmony Search as the selected meta-heuristic algorithm, to cables net system is presented. The results have shown that the method is robust, powerful and accurate.
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