In this study a multi-objective optimization problem is solved. The objectives used here include simultaneous minimum construction cost in term of sections weight, minimum structural damage using a damage index, and minimum non-structural damage in term of inter-story drift under the applied ground motions. A high-speed and low-error neural network is trained and employed in the process of optimization to estimate the results of non-linear time history analysis. This approach can be utilized for all steel or concrete frame structures. In this study, the optimal design of a planar eccentric braced steel frame is performed with great detail, using the presented multi-objective algorithm with a discrete population and then a moment resisting frame is solved as a supplementary example.
Topology optimization of structures seeking the best distribution of mass in a design space to improve the structural performance and reduce the weight of a structure is one of the most comprehensive issues in the field of structural optimization. In addition to structures stiffness as the most common objective function, frequency optimization is of great importance in variety of applications too. In this paper, an efficient multi-objective Bi-directional Evolutionary Structural Optimization (BESO) method is developed for topology optimization of frequency and stiffness in continuum structures simultaneously. A software package including a Matlab code and Abaqus FE solver has been created for the numerical implementation of multi-objective BESO utilizing the weighted function method. At the same time, by considering the weaknesses of the optimized structure in single-objective optimizations for stiffness or frequency problems, slight modifications have been done on the numerical algorithm of developed multi-objective BESO in order to overcome challenges due to artificial localized modes, checker boarding and geometrical symmetry constraint during the progressive iterations of optimization. Numerical results show that the proposed Multiobjective BESO method is efficient and optimal solutions can be obtained for continuum structures based on an existent finite element model of the structures.
Proceedings of the Korean Society For Composite Materials Conference
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2000.04a
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pp.143-148
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2000
In this article, we presents multi-objective design optimization of laminated composite beam using Fuzzy programming method. At first, the two design objectives are minimizing the structural weight and maximizing the buckling load respectively. Fuzzy multi-optimization problem can be formulated based on results of single optimizations. Due to different relative importance of design objectives, membership functions are constructed by adding exponential parameters for different objective's weights. Finite element analysis of composite beam for buckling behavior are carried by Natural mode method proposed by J.Argyris and computational time of analysis can be reduced. With this scheme, a designer can conveniently obtain a compromise optimal solution of a multi-objective optimization problem only by providing some exponential parameters corresponding to the importance of the objective functions.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.10a
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pp.263-270
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2002
This study proposes a multi-objective optimum design method for a rational optimization of high-speed railway bridges. This multi-objective optimization is found to be effective in optimizing multi-objective problems that incorporate cost and dynamic responses such as vertical acceleration and displacement. These design factors are so important in the high-speed railway bridges. And the trade off method which is one of the most typical multi-objective optimization methods is used in this study, since the dynamic factors are formulated as objective function and also considered as constraints. And the Pareto curve can be obtained by performing the multi-objective optimization for real high-speed railway bridges. Thus, it is found that more reasonable design can be obtained when compared with those using conventional design procedure.
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.
This paper adopts and investigates the non-dominated sorting approach for extending the single-objective Cuckoo Search (CS) into a multi-objective framework. The proposed approach uses an archive composed of primary and secondary population to select and keep the non-dominated solutions at each generation instead of pairwise analogy used in the original Multi-objective Cuckoo Search (MOCS). Our simulations show that such a low computational complexity approach can enrich CS to incorporate multi-objective needs instead of considering multiple eggs for cuckoos used in the original MOCS. The proposed MOCS is tested on a set of multi-objective optimization problems and two well-studied engineering design optimization problems. Compared to MOCS and some other available multi-objective algorithms such as NSGA-II, our approach is found to be competitive while benefiting simplicity. Moreover, the proposed approach is simpler and is capable of finding a wide spread of solutions with good coverage and convergence to true Pareto optimal fronts.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2002.10a
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pp.255-262
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2002
In this paper, an improved multi-objective optimmum design method is proposed. And it is applied to steel frames under seismic loads. The multi-objective optimization problem is formulated with three optimality criteria, namely, minimum structural weight and maximum strain energy and stability. The Pareto curve can be obtained by performing the multi-objective optimization for multistory shear buildings. In order to efficiently solve the multi-objective optimization problem the decomposition method that separates both system-level and element-level is used. In addition, various techniques such as effective reanalysis technique with respect to intermediate variables and sensitivity analysis using an automatic differentiation (AD) we incorporated. Moreover, the relationship function among section properties induced from the profile is used in order to link system-level and element level. From the results of numerical investigation, it may be stated that the proposed method will lead to the more rational design compared with the conventional one.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.9
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pp.127-134
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2004
It is difficult to have the existing structural optimization using coupled field analysis from CFD to structure analysis when the structure is influenced of fluid. Therefore in an initial model of this study after doing parameter design from the background of shape using topology optimization. and it is making a approximation formula using by the CFD-structure coupled-field analysis and design of experiment. By using this result, we conducted multi-objective optimization. We could confirm efficiency of stochastic method applicable in the scene of structure reliability design to be needed multi-objective optimization. And we presented a way of design that could overcome the time and space restriction in structural design such as the butterfly valve with the less experiment.
In global competition manufacturing companies have to produce modern, new constructions from advanced materials in order to increase competitiveness. The aim of my research was to develop a new composite cellular plate structure, which can be primarily used for structural elements of road, rail, water and air transport vehicles (e.g. vehicle bodies, ship floors). The new structure is novel and innovative, because all materials of the components of the newly developed structure are composites (laminated Carbon Fiber Reinforced Plastic (CFRP) deck plates with pultruded Glass Fiber Reinforced Plastic (GFRP) stiffeners), furthermore combines the characteristics of sandwich and cellular plate structures. The material of the structure is much more advantageous than traditional steel materials, due mainly to its low density, resulting in weight savings, causing lower fuel consumption and less environmental damage. In the study the optimal construction of a given geometry of a structural element of a road truck trailer body was defined by single- and multi-objective optimization (minimal cost and weight). During the single-objective optimization the Flexible Tolerance Optimization method, while during the multi-objective optimization the Particle Swarm Optimization method were used. Seven design constraints were considered: maximum deflection of the structure, buckling of the composite plates, buckling of the stiffeners, stress in the composite plates, stress in the stiffeners, eigenfrequency of the structure, size constraint for design variables. It was confirmed that the developed structure can be used principally as structural elements of transport vehicles and unit load devices (containers) and can be applied also in building construction.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1998.04a
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pp.245-253
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1998
Recently, the importance of multi-objective optimization techniques and stochastic search methods is increasing. The stochastic search methods have the concepts of the survival of the fittest and natural selection such as genetic algorithms(GA), simulated annealing(SA) and evolution strategies (ES). As many accidents of oil tankers cause marine pollution, oil tankers of double hull or mid deck structure are being built to minimize the marine pollution. For the improvement of oil tanker design technique, an efficient optimization technique is proposed in this study. Multi-objective optimization problem of weight and cost of double hull and mid deck tanker is formulated. Discrete design variables are used considering real manufacturing, and the concept of relative production cost is also introduced. The ES method is used as an optimization technique, and the ES algorithm was developed to generate a more efficient Pareto optimal set.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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