This study presents a particle swarm optimization algorithm integrated with weighted particle concept and improved fly-back technique. The rationale behind this integration is to utilize the affirmative properties of these new terms to improve the search capability of the standard particle swarm optimizer. Improved fly-back technique introduced in this study can be a proper alternative for widely used penalty functions to handle existing constraints. This technique emphasizes the role of the weighted particle on escaping from trapping into local optimum(s) by utilizing a recursive procedure. On the other hand, it guaranties the feasibility of the final solution by rejecting infeasible solutions throughout the optimization process. Additionally, in contrast with penalty method, the improved fly-back technique does not contain any adjustable terms, thus it does not inflict any extra ad hoc parameters to the main optimizer algorithm. The improved fly-back approach, as independent unit, can easily be integrated with other optimizers to handle the constraints. Consequently, to evaluate the performance of the proposed method on solving the truss weight minimization problems with discrete variables, several benchmark examples taken from the technical literature are examined using the presented method. The results obtained are comparatively reported through proper graphs and tables. Based on the results acquired in this study, it can be stated that the proposed method (integrated particle swarm optimizer, iPSO) is competitive with other metaheuristic algorithms in solving this class of truss optimization problems.
Park, Jung-Min;Park, Chang-Hyun;Kim, Tea-Soo;Choi, Dong-Hoon
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.48
no.4
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pp.325-329
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2011
Floating, production, storage and offloading (FPSO) is a production facility that refines and saves the drilled crude oil from a drilling facility in the ocean. The flare system in the FPSO is a major part of the pressure relieving system for hydrocarbon processing plants. The flare system consists of a number of pipes and complicated connection systems. Decision of pipe support types is important since the load on the support and the stress in the pipe are influenced by the pipe support type. In this study, we optimally determined the pipe support types that minimized the support cost while satisfying the design constraints on maximum support load, maximum nozzle load and maximum pipe stress ratio. Performance indices included in the design constraints for a specified design were evaluated by pipe structural analysis using CAESAR II. Since pipe support types were all discrete design variables, an evolutionary algorithm (EA) was used as an optimizer. We successfully obtained the optimal solution that reduced the support cost by 27.2% compared to the initial support cost while all the design requirements were satisfied.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.3
no.2
s.8
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pp.77-83
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2003
This paper presents decision making method of structural multi-objective fuzzy optimum problem. The data and behavior of many engineering systems are not know precisely and the designer is required to design the system in the presence of fuzziness in the multi-goals, constraints and consequences of possible actions. In this paper, in order to find a satisfactory solution, the membership functions are constructed for the fuzzy objectives subject to the fuzzy constraints, and two approaches are presented by using the different types of fuzzy decision making. Thus, multi-objective fuzzy optimum problem can be converted into single objective non-fuzzy optimum problem and satisfactory solution of the multi-objective fuzzy optimum problem can be found with general optimum programming. Illustrative numerical example of the ten bar truss for minimum weight and minimum deflection is provided to demonstrate the process of finding the solution and the results are discussed.
Journal of Korea Society of Industrial Information Systems
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v.25
no.3
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pp.11-19
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2020
This study seeks to measure inter-industry convergence systematically and quantitatively using structural holes theory. ICT industries were classified into ICT manufacturing and ICT service then efficiency and constraints were calculated using input-output tables. The results of the study revealed both ICT industries have very high information and control benefits in the process of industrial convergence, proving to be key industries with competitive advantage. Further implications were presented based on comparative analysis between ICT manufacturing and service and trend analysis over the past 15 years.
This paper deals with optimal stacking sequence design of laminate composite structures. The stacking sequence optimisation of laminate composites is formulated as a combinatorial problem and is solved using Simulated Annealing (SA), an algorithm devised based on inspiration of physical process of annealing of solids. The combinatorial constraints are handled using a correction strategy. The SA algorithm is strengthened by embedding Tabu search in order to prevent recycling of recently visited solutions and the resulting algorithm is referred to as tabu embedded simulated Annealing (TSA) algorithm. Computational performance of the proposed TSA algorithm is enhanced through cache-fetch implementation. Numerical experiments have been conducted by considering rectangular composite panels and composite cylindrical shell with different ply numbers and orientations. Numerical studies indicate that the TSA algorithm is quite effective in providing practical designs for lay-up sequence optimisation of laminate composites. The effect of various neighbourhood search algorithms on the convergence characteristics of TSA algorithm is investigated. The sensitiveness of the proposed optimisation algorithm for various parameter settings in simulated annealing is explored through parametric studies. Later, the TSA algorithm is employed for multi-criteria optimisation of hybrid composite cylinders for simultaneously optimising cost as well as weight with constraint on buckling load. The two objectives are initially considered individually and later collectively to solve as a multi-criteria optimisation problem. Finally, the computational efficiency of the TSA based stacking sequence optimisation algorithm has been compared with the genetic algorithm and found to be superior in performance.
In this study, the multidisciplinary aerodynamic-structural optimal design is carried out for the supersonic fighter wing. Through the aeroelastic analyses of the various candidate wings, the aerodynamic and structural performances are calculated such as the lift coefficient, the drag coefficient and the deformation of the wing. In general, the supersonic fighter is maneuvered under the various flight conditions and those conditions must be considered all together during the design process. The multi-point design, therefore, is deemed essential. For this purpose, supersonic dash, long cruise range and high angle of attack maneuver are selected as representative design points. Based on the calculated performances of the candidate wings, the response surfaces for the objectives and constraints are generated and the supersonic fighter wing is designed for better aerodynamic performances and less weights than the baseline. At each design point, the single-point design is performed to obtain better performances. Finally, the multi-point design is performed to improve the aerodynamic and structural performances for all design points. The optimization results of the multi-point design are compared with those of the single-point designs and analyzed in detail.
Thin-walled cross-sections can be optimized to enhance their resistance and progress their behaviour, leading to more competent and inexpensive structural system. The aim of this study is to afford a methodology that would facilitate progress of optimized cold formed steel (CFS) column section with maximum ultimate strength for practical applications. The proposed sections are designed to comply with the geometrical standards of pre-qualified column standards for CFS structures as well as with the number of industrialized and practical constraints. The stiffening evaluation process of CFS lipped channel columns, a five different cross section are considered. The experimental strength and behaviour of the proposed sections are verified by using the finite element analysis (FEA). A series comprehensive parametric study is carried out covering a wide range of section slenderness and overall slenderness ratio of the CFS column with and without intermediate web stiffeners. The ultimate strength of the sections is determined based on the Direct Strength Specification and other design equation available from the literature for CFS structures. A modified design method is proposed for the DSM specification. The results indicate that the CFS column with complex edge and intermediate web stiffeners provides an ultimate strength which is up to 78% higher than standard optimized shapes with the same amount of cross sectional area.
Design of safe structures with resistance to progressive collapse is of paramount importance in structural engineering. In this paper, an efficient optimization technique is used for optimal design of steel moment frames subjected to progressive collapse. Seismic design specifications of AISC-LRFD code together with progressive collapse provisions of UFC are considered as the optimization constraints. Linear static, nonlinear static and nonlinear dynamic analysis procedures of alternate path method of UFC are considered in design process. Three design examples are solved and the results are discussed. Results show that frames, which are designed solely considering the AISC-LRFD limitations, cannot resist progressive collapse, in terms of UFC requirements. Moreover, although the linear static analysis procedure needs the least computational cost with compared to the other two procedures, is the most conservative one and results in heaviest frame designs against progressive collapse. By comparing the results of this work with those reported in literature, it is also shown that the optimization technique used in this paper significantly reduces the required computational effort for design. In addition, the effect of the use of connections with high plastic rotational capacity is investigated, whose results show that lighter designs with resistance to progressive collapse can be obtained by using Side Plate connections in steel frames.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2000.10a
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pp.141-148
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2000
In system design, it is not always possible that all decision makers can cooperate fully and thus avoid conflict. They each control a specified subset of design variables and seek to minimize their own cost functions subject to their individual constraints. However, a system management team makes every effort to coordinate multiple disciplines and overcome such noncooperative environment. Although full cooperation is difficult to achieve, noncooperation also should be avoided as possible. Our approach is to predict the results of their cooperation and generate approximate Pareto set for their multiple objectives. The Pareto set can be obtained according to the degree of one's conceding coupling variables in the other's favor. We employ approximation concept for modelling this coordination and the mutiobjective genetic algorithm for exploring the coupling variable space for obtaining an approximate Pareto set. The approximation management concept is also used for improving the accuracy of the Pareto set. The exploration for the coupling variable space is more efficient because of its smaller dimension than the design variable space. Also, our approach doesn't force the disciplines to change their own way of running analysis and synthesis tools. Since the decision making process is not sequential, the required time can be reduced comparing to the existing multidisciplinary optimization techniques. This approach is applied to some mathematical examples and structural optimization problems.
Lee, Jae-gu;Kim, Sung-Hoon;Han, Sung-Gil;Shin, Yoo-In;Song, Chul Ki
Journal of the Korean Society of Manufacturing Process Engineers
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v.19
no.9
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pp.116-121
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2020
In recent times, fuel economy enhancement and environmental regulation compliance have become the main topics of interest in the automobile industry. Electric vehicles are desirable alternatives to the existing cars that employ internal combustion engines. Specifically, electric vehicles are equipped with inverters, motors, and a gearbox instead of engines and transmission mechanisms. The gearbox is a key component, used to transmit power from the electric motor to the wheel. Therefore, the design of the gearbox is critical. However, most engineers design gears based only on their experience because no standards pertaining to the design factor exist, other than those for the gear ratios. To overcome this problem, the structural stabilities must be examined considering the design factors of the gears. In this study, we considered the module and number of teeth as the main factors. The constraints corresponded to the final gear ratio and fixed distance between each axle of the shafts. Moreover, a structural analysis was conducted, and the variation trend of the maximum equivalent stress against changes in the gear module and number of teeth was examined. By performing such an analysis, the structural stability in the design of a gear system could be effectively investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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