The optimization of reinforced concrete (RC) cantilever retaining walls is a complex problem and requires the use of advanced techniques like metaheuristic algorithms. For this purpose, an optimization model must first be developed, which involves mathematical complications, multidisciplinary knowledge, and programming skills. This task has proven to be too arduous and has halted the mainstream acceptance of optimization. Therefore, it is necessary to unravel the complications of optimization into an easily applicable form. Currently, the most commonly used method for designing retaining walls is by following the proportioning limits provided by the ACI handbook. However, these limits, derived manually, are not verified by any optimization technique. There is a need to validate or modify these limits, using optimization algorithms to consider them as optimal limits. Therefore, this study aims to propose updated proportioning limits for the economical design of a RC cantilever retaining wall through a comprehensive parametric investigation using the genetic algorithm (GA). Multiple simulations are run to examine various design parameters, and trends are drawn to determine effective ranges. The optimal limits are derived for 5 geometric and 3 reinforcement variables and validated by comparison with their predecessor, ACI's preliminary proportioning limits. The results indicate close proximity between the optimized and code-provided ranges; however, the use of optimal limits can lead to additional cost optimization. Modifications to achieve further optimization are also discussed. Besides the geometric variables, other design parameters not covered by the ACI building code, like reinforcement ratios, bar diameters, and material strengths, and their effects on cost optimization, are also discussed. The findings of this investigation can be used by experienced engineers to refine their designs, without delving into the complexities of optimization.
Garcia, Liliana Torcoroma;Cristancho, Laura Maritza;Vera, Erika Patricia;Begambre, Oscar
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제25권10호
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pp.1714-1727
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2015
This work describes a new strategy for optimal design of Multiplex-PCR primer sequences. The process is based on the Particle Swarm Optimization-Simplex algorithm (Mult-PSOS). Diverging from previous solutions centered on heuristic tools, the Mult-PSOS is selfconfigured because it does not require the definition of the algorithm's initial search parameters. The successful performance of this method was validated in vitro using Multiplex-PCR assays. For this validation, seven gene sequences of the most prevalent bacteria implicated in urinary tract infections were taken as DNA targets. The in vitro tests confirmed the good performance of the Mult-PSOS, with respect to infectious disease diagnosis, in the rapid and efficient selection of the optimal oligonucleotide sequences for Multiplex-PCRs. The predicted sequences allowed the adequate amplification of all amplicons in a single step (with the correct amount of DNA template and primers), reducing significantly the need for trial and error experiments. In addition, owing to its independence from the initial selection of the heuristic constants, the Mult-PSOS can be employed by non-expert users in computational techniques or in primer design problems.
This paper proposes a design of optimal PI(D) controller for brushless DC (BLDC) motor speed control by the particle swarm optimization (PSO), one of the powerful metaheuristic optimization search techniques. The proposed control system is implemented on the TMS320F28335 DSP board interfacing to MATLAB/SIMULINK. With Back EMF detection, the proposed system is considered as a class of sensorless control. This scheme leads to the speed adjustment of the BLDC motor by PWM. In this work, the BLDC motor of 100 watt is conducted to investigate the control performance. As results, it was found that the speed response of BLDC motor can be regulated at the operating speed of 800 and 1200 rpm in both no load and full load conditions. Very satisfactory responses of the BLDC system can be successfully achieved by the proposed control structure and PSO-based design approach.
Maddah, Mohammad M.;Eshghi, Sassan;Garakaninezhad, Alireza
Structural Engineering and Mechanics
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제82권5호
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pp.667-678
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2022
Moment-resisting frames (MRFs) are among the most conventional steel structures for mid-rise buildings in many earthquake-prone cities. Here, a simplified performance-based methodology is proposed for the seismic collapse capacity assessment of these buildings. This method employs a novel multi-mode pushover analysis to determine the engineering demand parameters (EDPs) of the regular steel MRFs up to the collapse prevention (CP) performance level. The modal combination coefficients used in the proposed pushover analysis, are obtained from two metaheuristic optimization algorithms and a fitting procedure. The design variables for the optimization process are the inter-story drift ratio profiles resulting from the multi-mode pushover analyses, and the objective values are the outcomes of the incremental dynamic analysis (IDA). Here, the collapse capacity of the structures is assessed in three to five steps, using a modified IDA procedure. A series of regular mid-rise steel MRFs are selected and analyzed to calculate the modal combination coefficients and to validate the proposed approach. The new methodology is verified against the current existing approaches. This comparison shows that the suggested method more accurately evaluates the EDPs and the collapse capacity of the regular MRFs in a robust and easy to implement way.
Reliability-Based Design Optimization (RBDO) is an appropriate framework for obtaining optimal designs by taking uncertainties into account. Large-scale problems with implicit limit state functions and problems with discrete design variables are two significant challenges to traditional RBDO methods. To overcome these challenges, this paper proposes a hybrid method to perform RBDO of structures that links Firefly Algorithm (FA) as an optimization tool to advanced (finite element) reliability methods. Furthermore, the Genetic Algorithm (GA) and the FA are compared based on the design cost (objective function) they achieve. In the proposed method, Weighted Simulation Method (WSM) is utilized to assess reliability constraints in the RBDO problems with explicit limit state functions. WSM is selected to reduce computational costs. To performing RBDO of structures with finite element modeling and implicit limit state functions, a First-Order Reliability Method (FORM) based on the Direct Differentiation Method (DDM) is utilized. Four numerical examples are considered to assess the effectiveness of the proposed method. The findings illustrate that the proposed RBDO method is applicable and efficient for RBDO problems with discrete and continuous design variables and finite element modeling.
A novel metaheuristic search method, namely black widow optimization (BWO) is employed to increase the accuracy of slope stability analysis. The BWO is a recently-developed optimizer that supervises the training of an artificial neural network (ANN) for predicting the factor of safety (FOS) of a single-layer cohesive soil slope. The designed slope bears a loaded foundation in different distances from the crest. A sensitivity analysis is conducted based on the number of active individuals in the BWO algorithm, and it was shown that the best performance is acquired for the population size of 40. Evaluation of the results revealed that the capability of the ANN was significantly enhanced by applying the BWO. In this sense, the learning root mean square error fell down by 23.34%. Also, the correlation between the testing data rose from 0.9573 to 0.9737. Therefore, the postposed BWO-ANN can be promisingly used for the early prediction of FOS in real-world projects.
KSII Transactions on Internet and Information Systems (TIIS)
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제17권4호
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pp.1276-1295
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2023
Sensor networks are now an essential aspect of wireless communication, especially with the introduction of new gadgets and protocols. Their ability to be deployed anywhere, especially where human presence is undesirable, makes them perfect choices for remote observation and control. Despite their vast range of applications from home to hostile territory monitoring, limited battery power remains a limiting factor in their efficacy. To analyze and transmit data, it requires intelligent use of available battery power. Several studies have established effective routing algorithms based on clustering. However, choosing optimal cluster heads and similarity measures for clustering significantly increases computing time and cost. This work proposes and implements a simple two-phase technique of route creation and maintenance to ensure route reliability by employing nature-inspired ant colony optimization followed by the fuzzy decision engine (FDE). Benchmark methods such as PSO, ACO and GWO are compared with the proposed HRCM's performance. The objective has been focused towards establishing the superiority of proposed work amongst existing optimization methods in a standalone configuration. An average of 15% improvement in energy consumption followed by 12% improvement in latency reduction is observed in proposed hybrid model over standalone optimization methods.
Water cycle algorithm (WCA) has been a very effective optimization technique for complex engineering problems. This study employs the WCA for simultaneous prediction of heating load (LH) and cooling load (LC) in residential buildings. This algorithm is responsible for optimally tuning a neural network (NN). Utilizing 614 records, the behavior of the LH and LC is explored and the captured knowledge is then used to predict for 154 unanalyzed building conditions. Since the WCA is a population-based algorithm, different numbers of the searching agents were tested to find the most optimum configuration. It was observed that the best solution is discovered by 500 agents. A comparison with five newly-developed benchmark optimizers, namely equilibrium optimizer (EO), multi-tracker optimization algorithm (MTOA), slime mould algorithm (SMA), multi-verse optimizer (MVO), and electromagnetic field optimization (EFO) revealed that the WCANN predicts the desired parameters with considerably larger accuracy. Obtained root mean square errors (1.4866, 2.1296, 2.8279, 2.5727, 2.5337, and 2.3029 for the LH and 2.1767, 2.6459, 3.1821, 2.9732, 2.9616, and 2.6890 for the LC) indicated that the most reliable prediction was presented by the proposed model. The EFONN, however, provided a more time-effective solution. Lastly, an explicit predictive formula was elicited from the WCANN.
The present experimental investigation focuses on finding optimal parametric data-set of laser micro-drilling operation with minimum taper and Heat-affected zone during laser micro-drilling of Carbon Nanotube/Epoxy-based composite materials. Experiments have been conducted as per Box-Behnken design (BBD) techniques considering cutting speed, lamp current, pulse frequency and air pressure as input process parameters. Then, the relationship between control parameters and output responses is developed using second-order nonlinear regression models. The analysis of variance test has also been performed to check the adequacy of the developed mathematical model. Using the Response Surface Methodology (RSM) and an Accelerated particle swarm optimization (APSO) technique, optimum process parameters are evaluated and compared. Moreover, confirmation tests are conducted with the optimal parameter settings obtained from RSM and APSO and improvement in performance parameter is noticed in each case. The optimal process parameter setting obtained from predictive RSM based APSO techniques are speed=150 (m/s), current=22 (amp), pulse frequency (3 kHz), Air pressure (1 kg/cm2) for Taper and speed=150 (m/s), current=22 (amp), pulse frequency (3 kHz), air pressure (3 kg/cm2) for HAZ. From the confirmatory experimental result, it is observed that the APSO metaheuristic algorithm performs efficiently for optimizing the responses during laser micro-drilling process of nanocomposites both in individual and multi-objective optimization.
다양한 공학분야의 최적화 문제를 해결하기 위해 적절한 매개변수를 설정하기란 번거로운 작업이며, 매개변수 민감도 분석을 통해 적절한 매개변수를 설정하더라도 설정된 매개변수가 모든 문제에 적절한지 판단하기에는 한계가 있다. 이러한 이유로 매개변수를 문제에 따라 적절하게 설정하는 매개변수 자동검보정 (Self-adaptive) 화음탐색 알고리즘이 개발되고 발전하고 있다. 본 연구에서는 지금까지 개발된 자가적응형 하모니서치를 조사하고 그의 특성을 해탐색, 설정 매개변수, 적용성 등으로 구분하였으며, 이 중 매개변수 설정의 번거로움을 없애고, 적절한 매개변수 설정을 통해 해의 성능 향상을 위해 개발 된 6 가지 자가적응형 화음탐색 알고리즘을 선택하여 비교 분석을 수행하였다. 최적화 결과의 객관적인 비교를 위해 대표적인 수학적, 공학적 최적화 문제를 모두 적용 하였고, 다양한 성능 지수 (Performance index)를 사용하여 각 알고리즘의 성능을 정량적으로 비교하였다. 이것은 향후 신규 최적화 알고리즘을 개발하거나 해 탐색의 성능을 향상시키는 연구에 도움이 될 것으로 기대된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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