Topology optimization of structures seeking the best distribution of mass in a design space to improve the structural performance and reduce the weight of a structure is one of the most comprehensive issues in the field of structural optimization. In addition to structures stiffness as the most common objective function, frequency optimization is of great importance in variety of applications too. In this paper, an efficient multi-objective Bi-directional Evolutionary Structural Optimization (BESO) method is developed for topology optimization of frequency and stiffness in continuum structures simultaneously. A software package including a Matlab code and Abaqus FE solver has been created for the numerical implementation of multi-objective BESO utilizing the weighted function method. At the same time, by considering the weaknesses of the optimized structure in single-objective optimizations for stiffness or frequency problems, slight modifications have been done on the numerical algorithm of developed multi-objective BESO in order to overcome challenges due to artificial localized modes, checker boarding and geometrical symmetry constraint during the progressive iterations of optimization. Numerical results show that the proposed Multiobjective BESO method is efficient and optimal solutions can be obtained for continuum structures based on an existent finite element model of the structures.
This paper deals with multiobjective optimization of symmetrically laminated composite angle-ply annular sector plates subjected to axial uniform pressure load and thermal load. The design objective is the maximization of the weighted sum of the critical buckling load and fundamental frequency. The design variable is the fibre orientations in the layers. The performance index is formulated as the weighted sum of individual objectives in order to obtain the optimum solutions of the design problem. The first-order shear deformation theory is used for the mathematical formulation. Finally, the effects of different weighting factors, annularity, sector angle and boundary conditions on the optimal design are investigated and the results are compared.
International Journal of Control, Automation, and Systems
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v.5
no.6
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pp.691-700
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2007
This paper proposes a simple but effective design method of PID control using a numerical optimization method. In order to achieve both stability and performance, gain and phase margins and performance indices of step response directly compose of the cost function. Hence, the proposed approach is a multiobjective optimization problem. The main effectiveness of this approach results from the strong capability of the used optimization method. A one-dimensional example concerning gain margin illustrates the practical applicability of the optimization method. The present approach has many degrees of freedom in controller design by only adjusting related weight constants. The attained PID controller is compared with Wang#s and Ho#s methods, IAE, and ISE for a high-order process, and the simulation result for various design targets shows that the proposed approach achieves desired time-domain performance with a guarantee of frequency-domain stability.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.9
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pp.149-157
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2004
This paper presents a new method for hi-objective optimization. Ordinary weighted sum method is easy to implement, but it has two significant drawbacks: (1) the solution distribution by the weighted sum method is not uniform, and (2) the method cannot determine any solutions that reside in non-convex regions of a Pareto front. The proposed adaptive weighted sum method does not solve a multiobjective optimization in a predetermined way, but it focuses on the regions that need more refinement by imposing additional inequality constraints. It is demonstrated that the adaptive weighted sum method produces uniformly distributed solutions and finds solutions on non-convex regions. Two numerical examples and a simple structural problem are presented to verify the performance of the proposed method.
In this paper, a procedure is developed for identifying a number of representative solutions manageable for decision-making in a multiobjective optimization problem concerning the test intervals of the components of a safety system of a nuclear power plant. Pareto Front solutions are identified by a genetic algorithm and then clustered by subtractive clustering into "families". On the basis of the decision maker's preferences, each family is then synthetically represented by a "head of the family" solution. This is done by introducing a scoring system that ranks the solutions with respect to the different objectives: a fuzzy preference assignment is employed to this purpose. Level Diagrams are then used to represent, analyze and interpret the Pareto Fronts reduced to the head-of-the-family solutions.
The preliminary design optimization of multi-stage spur gear reduction units has been a subject of considerable interest, since many high-performance power transmission applications (e.g., automotive and aerospace) require high-performance gear reduction units. There are multiple objectives in the optimal design of multi-stage spur gear reduction unit, such as minimizing the volume and maximizing the surface fatigue life. It is reasonable to formulate the design of spur gear reduction unit as a multi-objective optimization problem, and find an appropriate approach to solve it. In this paper an interactive physical programming approach is developed to place physical programming into an interactive framework in a natural way. Class functions, which are used to represent the designer's preferences on design objectives, are fixed during the interactive physical programming procedure. After a Pareto solution is generated, a preference offset is added into the class function of each objective based on whether the designer would like to improve this objective or sacrifice the objective so as to improve other objectives. The preference offsets are adjusted during the interactive physical programming procedure, and an optimal solution that satisfies the designer's preferences is supposed to be obtained by the end of the procedure. An optimization problem of three-stage spur gear reduction unit is given to illustrate the effectiveness of the proposed approach.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.33
no.1
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pp.161-172
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1996
Although conventional computer programs use efficient and precise optimization algorithms, they can not emulate the problem solving capabilities of human experts. A design optimization process involves a number of tasks which require human expertise and experience. Traditional optimization systems have concentrated on numerical aspects of a design process and have not been successful in integrating the numerical parts with human expertise. On the other hand, most knowledge-based systems focus on symbolic reasoning and have been little concerned with the numerical processes. The objective of this paper is to develop a knowledge-based multiobjective optimum design system which has the capabilities of knowledge processing and numerical computation by integrating the multiobjective optimization method and the knowledge-based system. The knowledge-based system for symbolic processing is developed. Rules for knowledge representation and the inference mechanism of the system are written in LISP. The knowledge-based multiobjective optimum design system is finally developed by integrating the multiobjective optimization method and the knowledge-based system by applying shell programming technique. The system is applied to an optimum design model of a LNG carrier in the preliminary design stage. It is found that the system well simulate design variables and objective functions of the design model.
This paper proposes a multiobjective model describing the trade-offs involved in selecting the locations of drop-off boxes for collecting used products and transporting these products to designated locations. We assume the following reverse flow of used products. Owners of used products (cellular phones, digital cameras, ink cartridges, etc.) take them to the nearest drop-off box when the distance is reasonably short. We also assume that owners living closer to drop-off boxes dispose of more used products than do owners living farther from drop-off boxes. Different types of used products are collected, with each type requiring its own drop-off box. A transportation destination for each product is specified. Three objectives are considered: maximizing the volume of used products collected at drop-off boxes; minimizing the cost of transporting collected products to designated locations; and minimizing the cost of allocating space for drop-off boxes. We formulate the above model as a multiobjective integer programming problem and generate the corresponding set of Pareto optimal solutions. We apply the model to an area using population data for Chofu City, Tokyo, Japan, and analyze the trade-offs between the objectives.
In this paper we generalize the concept of normality for the problem involving set functions in a view of Jahn. The main result is that the problem with Slater's constraint qualification is normal and stable.
Journal of the Korea Society of Computer and Information
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v.10
no.5
s.37
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pp.179-186
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2005
This paper describes a genetic algorithm and compares three crossover operators for Rural Postman Problem with Time Windows (RPPTW). The RPPTW which is a multiobjective optimization problem, is an extension of Rural Postman Problem(RPP) in which some service places (located at edge) require service time windows that consist of earliest time and latest time. Hence, RPM is a m띤tieect optimization Problem that has minimal routing cost being serviced within the given time at each service Place. To solve the RPPTW which is a multiobjective optimization problem, we obtain a Pareto-optimal set that the superiority of each objective can not be compared. This Paper performs experiments using three crossovers for 12 randomly generated test problems and compares the results. The crossovers using in this Paper are Partially Matched Exchange(PMX) Order Exchange(OX), and Modified Order Exchange(MOX) which is proposed in this paper. For each test problem, the results show the efficacy of MOX method for RPPTW.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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