Journal of Institute of Control, Robotics and Systems
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v.6
no.4
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pp.268-275
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2000
The increasing technological demands of today call for complex systems, which in turn involve a series of optimization problems with some equality or inequality constraints. In this paper, we presents a real-coded genetic algorithm(RCGA) as an optimization tool which is implemented by three genetic operators based on real coding representation. Through a lot of simulation works, the optimum settings of its control parameters are obtained on the basis of global off-line robustness for use in off-line applications. Two optimization problems are Presented to illustrate the usefulness of the RCGA. In case of a constrained problem, a penalty strategy is incorporated to transform the constrained problem into an unconstrained problem by penalizing infeasible solutions.
In this paper, the Colliding Bodies Optimization (CBO), Enhanced Colliding Bodies Optimization (ECBO) and Vibrating Particles System (VPS) algorithms and the force method are used for the simultaneous analysis and design of truss structures. The presented technique is applied to the design and analysis of some planer and spatial trusses. An efficient method is introduced using the CBO, ECBO and VPS to design trusses having members of prescribed stress ratios. Finally, the minimum weight design of truss structures is formulated using the CBO, ECBO and VPS algorithms and applied to some benchmark problems from literature. These problems have been designed by using displacement method as analyzer, and here these are solved for the first time using the force method. The accuracy and efficiency of the presented method is examined by comparing the resulting design parameters and structural weight with those of other existing methods.
Particle swarm optimization (PSO) algorithm is designed to find a single global optimal point. However, the PSO needs to be modified in order to find multiple optimal points of a multimodal function. These modifications usually divide a swarm of particles into multiple subswarms; in turn, these subswarms try to find their own optimal point, resulting in multiple optimal points. In this work, we present a new PSO algorithm, called coupling PSO to find multiple optimal points of a multimodal function based on coupling particles. In the coupling PSO, each main particle may generate a new particle to form a couple, after which the couple searches its own optimal point using non-stop-moving PSO algorithm. We tested the suggested algorithm and other ones, such as clustering PSO and niche PSO, over three analytic functions. The coupling PSO algorithm was also applied to solve a significant benchmark problem, the TEAM workshop problem 22.
The undirected Steiner tree problem in graphs is known to be NP-hard. The objective of this problem is to find a shortest tree containing a subset of nodes, called terminal nodes. This paper proposes a method based on a two-step procedure to solve this problem efficiently. In the first step. graph reduction rules eliminate useless nodes and edges which do not contribute to make an optimal solution. In the second step, a max-min ant colony optimization combined with Prim's algorithm is developed to solve the reduced problem. The proposed algorithm is tested in the sets of standard test problems. The results show that the algorithm efficiently presents very correct solutions to the benchmark problems.
In this paper, we introduce a new genetic reordering operator based on the concept of schema to solve optimization problems such as the Traveling Salesman Problem(TSP) and maximizing or minimizing functions. In particular, because TSP is a well-known combinational optimization problem andbelongs to a NP-complete problem, there is huge solution space to be searched. For robustness to local minima, the operator separates selected strings into two parts to reduce the destructive probability of good building blocks. And it applies inversion to the schema part to prevent the premature convergence. At the same time, it searches new spaces of solutions. Additionally, the non-schema part is applied to inversion for robustness to local minima. By doing so, we can preserve diversity of the distributions in population and make GA be adaptive to the dynamic environment.
Though the standard element density-based topology optimization method has been applied for the optimal design of multiphysics systems, some theoretical problems, such as material interpolation, undershoot temperature prediction, and unstable elements, still remain to be overcome. The objective of this investigation is to present a new topology optimization formulation based on the element connectivity parameterization (ECP) in order to avoid the numerical problems in multiphysics system design and improve optimization results. To show the validity of the proposed approach, the designs of an optimal thermal dissipation and an electro-thermal-compliant actuator were considered.
Proceedings of the Korean Society for Noise and Vibration Engineering Conference
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2001.11b
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pp.1266-1272
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2001
This paper discusses the multi-level optimization method in dynamic optimization problems, through stiffened plate of ship structures. In structural optimization, the computational cost increases rapidly as the number of design variables increases. And we need a great amount of calculation and time on problems of modified dynamic characteristics of large and complicated structures. In this paper, the multi-level optimization is proposed, which decreases computational time and cost. The dynamic optimum designs of stiffened plate that control the natural frequency and minimize weight subjected to constraints condition are derived. It is shown that the results are effective in the optimum modification for dynamic characteristics of the stiffened plate.
This study presents optimizing structural topology patterns using regularization of Heaviside function. The present method needs not filtering process to typical SIMP method. Using the penalty formulation of the SIMP approach, a topology optimization problem is formulated in co-operation, i.e., couple-signals, with design variable values of discrete elements and a regularized Heaviside step function. The regularization of discontinuous material distributions is a key scheme in order to improve the numerical problems of material topology optimization with 0 (void)-1 (solid) solutions. The weak forms of an equilibrium equation are expressed using a coupled regularized Heaviside function to evaluate sensitivity analysis. Numerical results show that the incorporation of the regularized Heaviside function and the SIMP leads to convergent solutions. This method is tested using several examples of a linear elastostatic structure. It demonstrates that improved optimal solutions can be obtained without the additional use of sensitivity filtering to improve the discontinuous 0-1 solutions, which have generally been used in material topology optimization problems.
Ha, Yoon-Do;Kim, Min-Geun;Cho, Hyun-Gyu;Cho, Seon-Ho
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.44
no.2
s.152
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pp.130-138
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2007
A coupled variational equation for fluid-structure interaction (FSI) problems is derived from a steady state Navier-Stokes equation for incompressible Newtonian fluid and an equilibrium equation for geometrically nonlinear structures. For a fully coupled FSI formulation, between fluid and structures, a traction continuity condition is considered at interfaces where a no-slip condition is imposed. Under total Lagrange formulation in the structural domain, finite rotations are well described by using the second Piola-Kirchhoff stress and Green-Lagrange strain tensors. An adjoint shape design sensitivity analysis (DSA) method based on material derivative approach is applied to the FSI problem to develop a shape design optimization method. Demonstrating some numerical examples, the accuracy and efficiency of the developed DSA method is verified in comparison with finite difference sensitivity. Also, for the FSI problems, a shape design optimization is performed to obtain a maximal stiffness structure satisfying an allowable volume constraint.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.23
no.5
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pp.535-541
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2010
In this paper, we have derived a continuum-based adjoint design sensitivity of general performance functionals with respect to Young' modulus and heat conduction coefficient for steady-state nonlinear thermoelastic problems. An adjoint equation for temperature and displacement fields is defined for the efficient computation of the coupled field design sensitivity. Through numerical examples, we investigated the mesh dependency of the topology optimization method in the thermoelastic problems. Also, comparing the dominant loading cases of thermal and mechanical ones, the loading dependency of topology design optimization in coupled multi-physics problems is investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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