The paper concerns topology and geometry optimization of statically determinate beams with arbitrary number of supports. The optimization problem is treated as a bi-criteria one, with the objectives of minimizing the absolute maximum bending moment and the maximum deflection for a uniform gravity load. The problem is formulated and solved using the Pareto optimality concept and the lexicographic ordering of the objectives. The non-dominated sorting genetic algorithm NSGA-II and the local search method are used for the optimization in the Pareto sense, whereas the genetic algorithm and the exhaustive search method for the lexicographic optimization. Trade-offs between objectives are examined and sets of Pareto-optimal solutions are provided for different topologies. Lexicographically optimal beams are found assuming that the maximum moment is a more important criterion. Exact formulas for locations and values of the maximum deflection are given for all lexicographically optimal beams of any topology and any number of supports. Topologies with lexicographically optimal geometries are classified into equivalence classes, and specific features of these classes are discussed. A qualitative principle of the division of topologies equivalent in terms of the maximum moment into topologies better and worse in terms of the maximum deflection is found.
The main objective of this paper is the robust multi-objective optimization design of semi-active tuned mass damper (STMD) system using genetic algorithms and fuzzy logic. For optimal design of this system, it is required that the uncertainties which may exist in the system be taken into account. This consideration is performed through the robust design optimization (RDO) procedure. To evaluate the optimal values of the design parameters, three non-commensurable objective functions namely: normalized values of the maximum displacement, velocity, and acceleration of each story level are considered to minimize simultaneously. For this purpose, a fast and elitist non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II) approach is used to find a set of Pareto-optimal solutions. The torsional effects due to irregularities of the building and/or unsymmetrical placements of the dampers are taken into account through the 3-D modeling of the building. Finally, the comparison of the results shows that the probabilistic robust STMD system is capable of providing a reduction of about 52%, 42.5%, and 37.24% on the maximum displacement, velocity, and acceleration of the building top story, respectively.
This work presents numerical optimization for design of staggered arrays of dimples printed on opposite surfaces of a cooling channel with a fast and elitist Non-Dominated Sorting of Genetic Algorithm (NSGA-II) of multi-objective optimization. As Pareto optimal front produces a set of optimal solutions, the trends of objective functions with design variables are predicted by hybrid multi-objective evolutionary algorithm. The problem is defined by three non-dimensional geometric design variables composed of dimpled channel height, dimple print diameter, dimple spacing and dimple depth to maximize heat transfer rate compromising with pressure drop. Twenty designs generated by Latin hypercube sampling were evaluated by Reynolds-averaged Navier-Stokes solver and the evaluated objectives were used to construct Pareto optimal front through hybrid multi-objective evolutionary algorithm. The optimum designs were grouped by k-mean clustering technique and some of the clustered points were evaluated by flow analysis. With increase in dimple depth, heat transfer rate increases and at the same time pressure drop also increases, while opposite behavior is obtained for the dimple spacing. The heat transfer performance is related to the vertical motion of the flow and the reattachment length in the dimple.
Generally, the goal of seismic retrofit design of an existing structure using energy dissipation devices is to determine the optimum design parameters of a retrofit device to satisfy a specified limit state with minimum cost. However, the presence of multiple parameters to be optimized and the computational complexity of performing non-linear analysis make it difficult to find the optimal design parameters in the realistic 3D structure. In this study, genetic algorithm-based optimal seismic retrofit methods for determining the required number, yield strength, and location of steel slit dampers are proposed to retrofit an asymmetric soft first-story structure. These methods use a multi-objective and single-objective evolutionary algorithms, each of which varies in computational complexity and incorporates nonlinear time-history analysis to determine seismic performance. Pareto-optimal solutions of the multi-objective optimization are found using a non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II). It is demonstrated that the developed multi-objective optimization methods can determine the optimum number, yield strength, and location of dampers that satisfy the given limit state of a three-dimensional asymmetric soft first-story structure. It is also shown that the single-objective distribution method based on minimizing plan-wise stiffness eccentricity turns out to produce similar number of dampers in optimum locations without time consuming nonlinear dynamic analysis.
Recently, since DNA computing has been widely studied for various applications, DNA sequence design which is the most basic and important step for DNA computing has been highlighted. In previous works, DNA sequence design has been formulated as a multi-objective optimization task, and solved by elitist non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II). However, NSGA-II needed lots of computational time. Therefore, we use an $\varepsilon$- multiobjective evolutionarv algorithm ($\varepsilon$-MOEA) to overcome the drawbacks of NSGA-II in this paper. To compare the performance of two algorithms in detail, we apply both algorithms to the DTLZ2 benchmark function. $\varepsilon$-MOEA outperformed NSGA-II in both convergence and diversity, $70\%$ and $73\%$ respectively. Especially, $\varepsilon$-MOEA finds optimal solutions using small computational time. Based on these results, we redesign the DNA sequences generated by the previous DNA sequence design tools and the DNA sequences for the 7-travelling salesman problem (TSP). The experimental results show that $\varepsilon$-MOEA outperforms the most cases. Especially, for 7-TSP, $\varepsilon$-MOEA achieves the comparative results two tines faster while finding $22\%$ improved diversity and $92\%$ improved convergence in final solutions using the same time.
Observations of dark matter dominated dwarf and low surface brightness disk galaxies favor density profiles with a flat-density core, while cold dark matter (CDM) N-body simulations form halos with central cusps, instead. This apparent discrepancy has motivated a re-examination of the microscopic nature of the dark matter in order to explain the observed halo profiles, including the suggestion that CDM has a non-gravitational self-interaction. We study the formation and evolution of self-interacting dark matter (SIDM) halos. We find analytical, fully cosmological similarity solutions for their dynamics, which take proper account of the collisional interaction of SIDM particles, based on a fluid approximation derived from the Boltzmann equation. The SIDM particles scatter each other elastically, which results in an effective thermal conductivity that heats the halo core and flattens its density profile. These similarity solutions are relevant to galactic and cluster halo formation in the CDM model. We assume that the local density maximum which serves as the progenitor of the halo has an initial mass profile ${\delta}M / M {\propto} M^{-{\epsilon}$, as in the familiar secondary infall model. If $\epsilon$ = 1/6, SIDM halos will evolve self-similarly, with a cold, supersonic infall which is terminated by a strong accretion shock. Different solutions arise for different values of the dimensionless collisionality parameter, $Q {\equiv}{\sigma}p_br_s$, where $\sigma$ is the SIDM particle scattering cross section per unit mass, $p_b$ is the cosmic mean density, and $r_s$ is the shock radius. For all these solutions, a flat-density, isothermal core is present which grows in size as a fixed fraction of $r_s$. We find two different regimes for these solutions: 1) for $Q < Q_{th}({\simeq} 7.35{\times} 10^{-4}$), the core density decreases and core size increases as Q increases; 2) for $Q > Q_{th}$, the core density increases and core size decreases as Q increases. Our similarity solutions are in good agreement with previous results of N-body simulation of SIDM halos, which correspond to the low-Q regime, for which SIDM halo profiles match the observed galactic rotation curves if $Q {\~} [8.4 {\times}10^{-4} - 4.9 {\times} 10^{-2}]Q_{th}$, or ${\sigma}{\~} [0.56 - 5.6] cm^2g{-1}$. These similarity solutions also show that, as $Q {\to}{\infty}$, the central density acquires a singular profile, in agreement with some earlier simulation results which approximated the effects of SIDM collisionality by considering an ordinary fluid without conductivity, i.e. the limit of mean free path ${\lambda}_{mfp}{\to} 0$. The intermediate regime where $Q {\~} [18.6 - 231]Q_{th}$ or ${\sigma}{\~} [1.2{\times}10^4 - 2.7{\times}10^4] cm^2g{-1}$, for which we find flat-density cores comparable to those of the low-Q solutions preferred to make SIDM halos match halo observations, has not previously been identified. Further study of this regime is warranted.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.29
no.10
s.241
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pp.1163-1171
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2005
The shape optimization of an airfoil has been performed for an incompressible viscous flow. In this study, Pareto frontier sets, which are global and non-dominated solutions, can be obtained without various weighting factors by using the multi-objective genetic algorithm An NACA0012 airfoil is considered as a baseline model, and the profile of the airfoil is parameterized and rebuilt with four Bezier curves. Two curves, front leading to maximum thickness, are composed of five control points and the rest, from maximum thickness to tailing edge, are composed of four control points. There are eighteen design variables and two objective functions such as the lift and drag coefficients. A generation is made up of forty-five individuals. After fifteenth evolutions, the Pareto individuals of twenty can be achieved. One Pareto, which is the best of the . reduction of the drag furce, improves its drag to $13\%$ and lift-drag ratio to $2\%$. Another Pareto, however, which is focused on increasing the lift force, can improve its lift force to $61\%$, while sustaining its drag force, compared to those of the baseline model.
This paper proposes an augmented Lagrange Hopfield network (ALHN) based method for solving multi-objective short term fixed head hydrothermal scheduling problem. The main objective of the problem is to minimize both total power generation cost and emissions of $NO_x$, $SO_2$, and $CO_2$ over a scheduling period of one day while satisfying power balance, hydraulic, and generator operating limits constraints. The ALHN method is a combination of augmented Lagrange relaxation and continuous Hopfield neural network where the augmented Lagrange function is directly used as the energy function of the network. For implementation of the ALHN based method for solving the problem, ALHN is implemented for obtaining non-dominated solutions and fuzzy set theory is applied for obtaining the best compromise solution. The proposed method has been tested on different systems with different analyses and the obtained results have been compared to those from other methods available in the literature. The result comparisons have indicated that the proposed method is very efficient for solving the problem with good optimal solution and fast computational time. Therefore, the proposed ALHN can be a very favorable method for solving the multi-objective short term fixed head hydrothermal scheduling problems.
The Yellow River Basin located in the Northern part of China is well-known not only as the seriously limited water sources but the greatest sediment-carrying stream in the world. The observed annual average sediment concentration in this area is $37.6kg/\textrm{mm}^3$, and 3.1% of the water volume is occupied by sediments. Due to the reason, water development has been extremely limited and it has been appeared as one of the most difficult problems in reservoir development and management. The major obstacle to surface water uses is reservoir sedimentation so that it has been strongly requested to seek the method managing sediment by optimal fashion. To solve this problem, KOWACO (Korea Water Resources Corporation) has developed various methods on the optimal reservoir management schemes including sediment management for the Upper Fenhe Basin Reservoir System at the cooperation project with Chinese. Information Variable Dynamic Programming. which is one of them, was developed for the reservoir sediment management and a set of non-dominated solutions are generated to choose the best alternative in water supply and reservoir sediment objective problem.
The energy absorption characteristics of diamond core sandwich cylindrical columns under axial crushing process depend greatly on the amount of material which participates in the plastic deformation. Both the single-objective and multi-objective optimizations are performed for columns under axial crushing load with core thickness and helix pitch of the honeycomb core as design variables. Models are optimized by multi-objective particle swarm optimization (MOPSO) algorithm to achieve maximum specific energy absorption (SEA) capacity and minimum peak crushing force (PCF). Results show that optimization improves the energy absorption characteristics with constrained and unconstrained peak crashing load. Also, it is concluded that the aluminum tube has a better energy absorption capability rather than steel tube at a certain peak crushing force. The results justify that the interaction effects between the honeycomb and column walls greatly improve the energy absorption efficiency. A ranking technique for order preference (TOPSIS) is then used to sort the non-dominated solutions by the preference of decision makers. That is, a multi-criteria decision which consists of MOPSO and TOPSIS is presented to find out a compromise solution for decision makers. Furthermore, local and global sensitivity analyses are performed to assess the effect of design variable values on the SEA and PCF functions in design domain. Based on the sensitivity analysis results, it is concluded that for both models, the helix pitch of the honeycomb core has greater effect on the sensitivity of SEA, while, the core thickness has greater effect on the sensitivity of PCF.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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