Kim, Jong-Hun;Lee, Jong-Soo;Lee, Hyung-Joo;Koo, Bon-Heung
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.27
no.1
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pp.158-166
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2003
The paper describes the development and application of advanced evolutionary computing techniques referred to as micro genetic algorithms ($\mu$GA) in the context of engineering design optimization. The basic concept behind $\mu$GA draws from the use of small size of population irrespective of the bit string length in the representation of design variable. Such strategies also demonstrate the faster convergence capability and more savings in computational resource requirements than simple genetic algorithms (SGA). The paper first explores ten-bar truss design problems to see the optimization performance between $\mu$GA and SGA. Subsequently, $\mu$GA is applied to a realistic engineering design problem in the injection molding process optimization.
In structural engineering there are randomness inherently exist on determination of the loads, strength, geometry, and so on, and the manufacturing of the structural members, workmanship etc. Thus, objective and constraint functions of the optimization problem are functions that depend on those randomly natured components. The constraints being the function of the random variables are evaluated by using reliability index or performance measure approaches in the optimization process. In this study, the minimum weight of a space truss is obtained under the uncertainties on the load, material and cross-section areas with harmony search using reliability index and performance measure approaches. Consequently, optimization algorithm produces the same result when both the approaches converge. Performance measure approach, however, is more efficient compare to reliability index approach in terms of the convergence rate and iterations needed.
Structural sizing is a rewarding task due to its non-convex constrained nature in the design space. In order to provide both global exploration and proper search refinement, a hybrid method is developed here based on outstanding features of Evolutionary Computing and Teaching-Learning-Based Optimization. The new method introduces an observer phase for memory exploitation in addition to vector-sum movements in the original teacher and learner phases. Proper integer coding is suited and applied for structural size optimization together with a fly-to-boundary technique and an elitism strategy. Performance of the proposed method is further evaluated treating a number of truss examples compared with teaching-learning-based optimization. The results show enhanced capability of the method in efficient and stable convergence toward the optimum and effective capturing of high quality solutions in discrete structural sizing problems.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.21
no.9
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pp.174-181
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2004
Recently, many studies have been undergoing to reduce working time in field of machine tool. There are two ways of reducing working time to reduce actual working time by heighten spindle speed and to reduce stand-by time by shortening tool exchange time. Auto tool changer belongs to latter case. Fixed address type auto tool changer can store more number of tools in small space than magazine transfer Ope and can shorten tool exchange time. This study focuses on the topology optimization to reduce the weight of the fixed address type ATC. The optimization program using a real number coding genetic algorithm is developed and is applied to the 10-bar truss optimization problem to verify the developed program. And, it is shown that the developed program gives better results than other methods. Finally, The developed program applied to optimize the fixed address type ATC.
Journal of Korean Association for Spatial Structures
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v.12
no.2
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pp.89-98
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2012
This study investigates the optimum structural design of space truss considering global buckling, and is to obtain the minimal weight of the structure. The mathematical programming method is used for optimization of each member by member force. Besides, dynamic programming method is adapted for consideration in snap-through buckling. The mathematical modeling for optimum design of truss members consists of objective function of total weight and constrain equations of allowable tensile (or compressive) stress and slenderness. The tangential stiffness matrix is examined to find the critical point on equilibrium path, and a ratio of the buckling load to design load is reflected in iteration procedures of dynamic programming method to adjust the stiffness of space truss. The star dome is examined to verify the proposed optimum design processor. The numerical results of the model are conversed well and satisfied all constrains. This processor is a relatively simple method to carry out optimum design with consideration in global buckling, and is viable in practice with respect to structural design.
Proceedings of the Korean Society of Precision Engineering Conference
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2002.05a
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pp.108-113
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2002
This paper presents a multi-step structural design optimization method fur machine tool structures using a genetic algorithm with dynamic penalty. The first step is a sectional topology optimization, which is to determine the best sectional construction that minimize the structural weight and the compliance responses subjected to some constraints. The second step is a static design optimization, in which the weight and the static compliance response are minimized under some dimensional and safety constraints. The third step is a dynamic design optimization, where the weight static compliance, and dynamic compliance of the structure are minimized under the same constraints. The proposed design method was examined on the 10-bar truss problem of topology and sizing optimization. And the results showed that our solution is better than or just about the same as the best one of the previous researches. Furthermore, we applied this method to the topology and sizing optimization of a crossbeam slider for a high-speed machining center. The topology optimization result gives the best desirable cross-section shape whose weight was reduced by 38.8% than the original configuration. The subsequent static and dynamic design optimization reduced the weight, static and dynamic compliances by 5.7 %, 2.1% and 19.1% respectively from the topology-optimized model. The examples demonstrated the feasibility of the suggested design optimization method.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.4
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pp.1-9
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2014
With the development of quantum computer, the development of the quantum-inspired search method applying the features of quantum mechanics and its application to engineering problems have emerged as one of the most interesting research topics. This algorithm stores information by using quantum-bit superposed basically by zero and one and approaches optional values through the quantum-gate operation. In this process, it can easily keep the balance between the two features of exploration and exploitation, and continually accumulates evolutionary information. This makes it differentiated from the existing search methods and estimated as a new algorithm as well. Thus, this study is to suggest a new minimum weight design technique by applying quantum-inspired search method into structural optimization of planar truss. In its mathematical model for optimum design, cost function is minimum weight and constraint function consists of the displacement and stress. To trace the accumulative process and gathering process of evolutionary information, the examples of 10-bar planar truss and 17-bar planar truss are chosen as the numerical examples, and their results are analyzed. The result of the structural optimized design in the numerical examples shows it has better result in minimum weight design, compared to those of the other existing search methods. It is also observed that more accurate optional values can be acquired as the result by accumulating evolutionary information. Besides, terminal condition is easily caught by representing Quantum-bit in probability.
This study treats the criteria, considering the fuzziness occurred by optimization design. And we applied two weighting methods to show the relative importance of criteria. This study develops multi-objective optimization programs implementing plain stress analysis by FEM and discrete optimization design uniformaly. The developed program performs a sample design of 10-member steel truss. This study can carry over the multi-objective optimization based on total system fuzzy-genetic algorithms while performing the stress analysis and optimization design. Especially, when general optimization with unreliable constraints is cannot be solve this study can make optimization design closed to realistic with fuzzy theory.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2005.04a
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pp.273-280
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2005
The design of structural engineering optimization is to minimize the cost. This problem has many objective functions formulating section and shape as a function of the included discrete variables. simulated annealing, genetic algerian and TABU algerian are searching methods for optimum values. The object of this reserch Is comparing the result of TABU algorithm, and verifying the efficiency of TABU algorithm in structural optimization design field. For the purpose, this study used a solid truss of 25 elements having 10 nodes, and size optimization for each constraint and load condition of Geodesic ome, and shape optimization of Cable Dome for verifying spatial structures by the application of TABU algorithm.
The structural optimization is carried out in the continuous design space or discrete design space. Methods for discrete variables such as genetic algorithms are extremely expensive in computational cost. In this research, an iterative optimization algorithm using orthogonal arrays is developed for design in discrete space. An orthogonal array is selected on a discrete design space and levels are selected from candidate values. Matrix experiments with the orthogonal array are conducted. New results of matrix experiments are obtained with penalty functions for constraints. A new design is determined from analysis of means(ANOM). An orthogonal array is defined around the new values and matrix experiments are conducted. The final optimum design is found from iterative process. The suggested algorithm has been applied to various problems such as truss and frame type structures. The results are compared with those from a genetic algorithm and discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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