In the present study, the finite volume method is applied for the thermal performance prediction of the natural ventilation system using vertical solar chimney whereas, design parameters are optimized through the response surface methodology (RSM). The computational simulations are performed for various parameters of the solar chimney such as absorber temperature (40≤Tabs≤70℃), inlet temperature (20≤T0≤30℃), inlet height of (0.1≤h≤0.2 m) and chimney width (0.1≤d≤0.2 m). Analysis of variance (ANOVA) was carried out to identify the design parameters that influence the average Nusselt number (Nu) and mass flow rate (ṁ). Then, quadratic polynomial regression models were developed to predict of all the response parameters. Consequently, numerical and graphical optimizations were performed to achieve multi-objective optimization for the desired criteria. According to the desirability function approach, it can be seen that the optimum objective functions are Nu=25.67 and ṁ=24.68 kg/h·m, corresponding to design parameters h=0.18 m, d=0.2 m, Tabs=46.81℃ and T0=20℃. The optimal ventilation flow rate is enhanced by about 96.65% compared to the minimum ventilation rate, while solar energy consumption is reduced by 49.54% compared to the maximum ventilation rate.
This paper proposes a new Hybrid Particle Swarm Optimization (HPSO) method that integrates the Evolutionary Programming (EP) and Particle Swarm Optimization (PSO) techniques. The proposed method is applied to solve Economic Dispatch(ED) problems considering prohibited operating zones, ramp rate limits, capacity limits and power balance constraints. In the proposed HPSO method, the best features of both EP and PSO are exploited, and it is capable of finding the most optimal solution for the non-linear optimization problems. For validating the proposed method, it has been tested on the standard three, six, fifteen and twenty unit test systems. The numerical results show that the proposed HPSO method is well suitable for solving non-linear economic dispatch problems, and it outperforms the EP, PSO and other modern metaheuristic optimization methods reported in the recent literatures.
This paper deals with the multi-objective optimization of tire reinforcement structures such as the tread belt and the carcass path. The multi-objective functions are defined in terms of the discrete-type design variables and approximated by artificial neutral network, and the sensitivity analyses of these functions are replaced with the iterative genetic evolution. The multi-objective optimization algorithm introduced in this paper is not only highly CPU-time-efficient but it can also be applicable to other multi-objective optimization problems in which the objective function, the design variables and the constraints are not continuous but discrete. Through the illustrative numerical experiments, the fiber-reinforced tire belt structure is optimally tailored. The proposed multi-objective optimization algorithm is not limited to the tire reinforcement structure, but it can be applicable to the generalized multi-objective structural optimization problems in various engineering applications.
Structural optimization is one of the popular and active research areas in the field of structural engineering. In the present study, the newly developed moth-flame optimization (MFO) algorithm and its enhanced version termed as enhanced moth-flame optimization (EMFO) are employed to implement the optimization process of planar and 3D steel frame structures with discrete design variables. The main inspiration of this optimizer is the navigation method of moths in nature called transverse orientation. A number of benchmark steel frame optimization problems are solved by the MFO and EMFO algorithms and the results are compared with those of other meta-heuristics. The obtained numerical results indicate that the proposed EMFO algorithm possesses better computational performance compared with other existing meta-heuristics.
In practical designs, most of the multidisciplinary problems have a large-size and complicate design system. Since multidisciplinary problems have hundreds of analyses and thousands of variables, the grouping of analyses and the order of the analyses in the group affect the speed of the total design cycle. Therefore, it is very important to reorder and regroup the original design processes in order to minimize the total computational cost by decomposing large multidisciplinary problems into several multidisciplinary analysis subsystems (MDASS) and by processing them in parallel. In this study, a new decomposition method is proposed for parallel processing of multidisciplinary design optimization, such as collaborative optimization (CO) and individual discipline feasible (IDF) method. Numerical results for two example problems are presented to show the feasibility of the proposed method.
Modern engineering design problems involve complexity of disciplinary coupling and difficulty of problem formulation. Multidisciplinary design optimization can overcome the complexity and design optimization software or frameworks can lessen the difficulty. Recently, a growing number of new multidisciplinary design optimization techniques have been proposed. However, each technique has its own pros and cons and it is hard to predict a priori which technique is more efficient than others for a specific problem. In this study, a software system has been developed to directly solve MDO problems with minimal input required. Since the system is based on MATLAB, it can exploit the optimization toolbox which is already developed and proven to be effective and robust. The framework is devised to change an MDO technique to another as the optimization goes on and it is called a reconfigurable MDO framework. Several numerical examples are shown to prove the validity of the reconfiguration idea and its effectiveness.
In this paper a new particle swarm ray optimization algorithm is proposed for truss shape and size optimization with natural frequency constraints. These problems are believed to represent nonlinear and non-convex search spaces with several local optima and therefore are suitable for examining the capabilities of new algorithms. The proposed algorithm can be viewed as a hybridization of Particle Swarm Optimization (PSO) and the recently proposed Ray Optimization (RO) algorithms. In fact the exploration capabilities of the PSO are tried to be promoted using some concepts of the RO. Five numerical examples are examined in order to inspect the viability of the proposed algorithm. The results are compared with those of the PSO and some other existing algorithms. It is shown that the proposed algorithm obtains lighter structures in comparison to other methods most of the time. As will be discussed, the algorithm's performance can be attributed to its appropriate exploration/exploitation balance.
This study contributes to evaluate multiphase topology optimization design of plate-like structures on elastic foundations by using classic plate theory. Multi-material optimal topology and shape are produced as an alternative to provide reasonable material assignments based on stress distributions. Multi-material topology optimization problem is solved through an alternative active-phase algorithm with Gauss-Seidel version as an optimization model of optimality criteria. Stiffness and adjoint sensitivity formulations linked to thin plate potential strain energy are derived in terms of multiphase design variables and Winkler-Pasternak parameters considering elastic foundation to apply to the current topology optimization. Numerical examples verify efficiency and diversity of the present topology optimization method of elastic thin plates depending on multiple materials and Winkler-Pasternak parameters with the same amount of volume fraction and total structural volume.
The paper presents the cost optimization of composite floor trusses composed from a reinforced concrete slab of constant depth and steel trusses consisting of hot rolled channel sections. The optimization was performed by the nonlinear programming approach, NLP. Accordingly, a NLP optimization model for composite floor trusses was developed. An accurate objective function of the manufacturing material, power and labour costs was proposed to be defined for the optimization. Alongside the costs, the objective function also considers the fabrication times, and the electrical power and material consumption. Composite trusses were optimized according to Eurocode 4 for the conditions of both the ultimate and the serviceability limit states. A numerical example of the optimization of the composite truss system presented at the end of the paper demonstrates the applicability of the proposed approach.
The goal of this study is to investigate computational convergence of optimal solutions, with respect to optimality criteria (OC) method and methods of moving asymptotes (MMA) as optimization model for non-linear programming of material topology optimization using an acceleration method that makes design variables rapidly move toward almost 0 and 1 values. 99 line topology optimization MATLAB code uses loop vectorization and memory pre-allocation as properly exploiting the strengths of MATLAB and moves portions of code out of the optimization loop so that they are only executed once as restructuring the program. Numerical examples of a simple beam under a lateral load and a given material density limitation provide merits and demerits of the present OC and MMA for 99 line topology optimization code of continuous material topology optimization design.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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