The paper deals with the identification of Pareto optimal solutions using GA based coevolution in the context of multiobjective optimization. Coevolution is a genetic process by which several species work with different types of individuals in parallel. The concept of cooperative coevolution is adopted to compensate for each of single objective optimal solutions during genetic evolution. The present study explores the GA based coevolution, and develops prescribed and adaptive scheduling schemes to reflect design characteristics among single objective optimization. In the paper, non-dominated Pareto optimal solutions are obtained by controlling scheduling schemes and comparing each of single objective optimal solutions. The proposed strategies are subsequently applied to a three-bar planar truss design and an energy preserving flywheel design to support proposed strategies.
The paper describes the construction of global function approximation models for use in design optimization via global search techniques such as genetic algorithms. Two different approximation methods referred to as evolutionary fuzzy modeling (EFM) and neuro-fuzzy modeling (NFM) are implemented in the context of global approximate optimization. EFM and NFM are based on soft computing paradigms utilizing fuzzy systems, neural networks and evolutionary computing techniques. Such approximation methods may have their promising characteristics in a case where the training data is not sufficiently provided or uncertain information may be included in design process. Fuzzy inference system is the central system for of identifying the input/output relationship in both methods. The paper introduces the general procedures including fuzzy rule generation, membership function selection and inference process for EFM and NFM, and presents their generalization capabilities in terms of a number of fuzzy rules and training data with application to a three-bar truss optimization.
This study investigates some of swarm intelligence algorithms to tackle a traditional damage detection problem having stiffness degradation or damage in mechanical structures. Particle swarm(PSO) and ant colony optimization(ACO) methods have been exploited for localizing and estimating the location and extent damages in a structure. Both PSO and ACO are population-based, stochastic algorithms that have been developed from the underlying concept of swarm intelligence and search heuristic. A finite element (FE) model updating is implemented to minimize the difference in a set of natural frequencies between measured and baseline vibration data. Stiffness loss of certain elements is considered to simulate structural damages in the FE model. It is numerically shown that PSO and ACO algorithms successfully completed the optimization process of model updating in locating unknown damages in a truss structure.
The method of pairwise comparison inherently contains information of ambiguity, fuzziness and conflict in design goals for a multiobjective structural design. This paper applies the principle of paired comparison so that the vaguely formulated problem can be modified and a set of numerically acceptable weight would reflect the relatively important degree of multiple objectives. This paper also presents a fuzzy global criterion method ($FGCM_{\lambda}$) included fuzzy constraints that coupled with the objective weighting rank obtained from the modified pairwise comparisons for fuzzy multiobjective optimization problems. Descriptions in sequence of this combined method and problem solving experiences are given in the current article. Multiobjective design examples of truss and mechanical spring structures illustrate this optimization process containing the revising judgement techniques.
본 연구에서는 방향벡터(direction vector)를 이용한 지역 탐색법과 유전자 알고리즘을 결합한 새로운 알고리즘인 D-GA를 제안한다. 새로운 개체(individual)를 찾기 위한 방향벡터로는 진화과정 중에 습득되는 정보를 활용하기 위한 학습방향벡터(Loaming direction vector)와 진화와는 무관하게 한 개체의 주변을 탐색하는 랜덤방향벡터(random direction vector) 등 두 가지를 구성하였다. 그리고, 10 부재 트러스 설계 문제에 단순 유전자 알고리즘과 D-GA를 적용하여 최적화를 수행하였고, 그 결과를 비교 검토함으로써 단순 GA에 비하여 D-GA의 정확성 및 효율성이 향상되었음을 확인하였다.
Metaheuristic algorithms are efficient techniques for a class of mathematical optimization problems without having to deeply adapt to the inherent nature of each problem. They are very useful for structural design optimization in which the cost of gradient computation can be very expensive. Among them, the characteristics of simulated annealing and genetic algorithms are briefly discussed. In Metropolis genetic algorithm, favorable features of Metropolis criterion in simulated annealing are incorporated in the reproduction operations of simple genetic algorithm. Numerical examples of structural design optimization are presented. The example structures are truss, breakwater and steel box girder bridge. From the theoretical evaluation and numerical experience, performance and applicability of metaheuristic algorithms for structural design optimization are discussed.
This study proposed an improved particle swarm optimization (IPSO) method ensemble with kriging model for model updating. By introducing genetic algorithm (GA) and grouping strategy together with elite selection into standard particle optimization (PSO), the IPSO is obtained. Kriging metamodel serves for predicting the structural responses to avoid complex computation via finite element model. The combination of IPSO and kriging model shall provide more accurate searching results and obtain global optimal solution for model updating compared with the PSO, Simulate Annealing PSO (SimuAPSO), BreedPSO and PSOGA. A plane truss structure and ASCE Benchmark frame structure are adopted to verify the proposed approach. The results indicated that the hybrid of kriging model and IPSO could serve for model updating effectively and efficiently. The updating results further illustrated that IPSO can provide superior convergent solutions compared with PSO, SimuAPSO, BreedPSO and PSOGA.
Naderi, Arash;Sohrabi, Mohammad Reza;Ghasemi, Mohammad Reza;Dizangian, Babak
Structural Engineering and Mechanics
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제75권5호
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pp.585-594
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2020
Detecting the damage of indeterminate trusses is of major importance in the literature. This paper proposes a quick approach in this regard, utilizing a precise mathematical approach based on Finite Element Method. Different to a general two-step method defined in the literature essentially based on optimization approach, this method consists of three steps including Damage-Suspected Element Identification step, Imminent Damaged Element Identification step, and finally, Damage Severity Detection step and does not need any optimizing algorithm. The first step focuses on the identification of damage-suspected elements using an index based on modal residual force vector. In the second step, imminent damage elements are identified among the damage-suspected elements detected in the previous step using a specific technique. Ultimately, in the third step, a novel relation is derived to calculate the damage severity of each imminent damaged element. To show the efficiency and quick function of the proposed method, three examples including a 25-bar planar truss, a 31-bar planar truss, and a 52-bar space truss are studied; results of which indicate that the method is innovatively capable of suitably detecting, for indeterminate trusses, not only damaged elements but also their individual damage severity by carrying out solely one analysis.
This paper presents decision making method of structural multi-objective fuzzy optimum problem. The data and behavior of many engineering systems are not know precisely and the designer is required to design the system in the presence of fuzziness in the multi-goals, constraints and consequences of possible actions. In this paper, in order to find a satisfactory solution, the membership functions are constructed for the fuzzy objectives subject to the fuzzy constraints, and two approaches are presented by using the different types of fuzzy decision making. Thus, multi-objective fuzzy optimum problem can be converted into single objective non-fuzzy optimum problem and satisfactory solution of the multi-objective fuzzy optimum problem can be found with general optimum programming. Illustrative numerical example of the ten bar truss for minimum weight and minimum deflection is provided to demonstrate the process of finding the solution and the results are discussed.
In this paper, a new meta-heuristic optimization method is presented. This new method is named "Numbers Cup Optimization" (NCO). The NCO algorithm is inspired by the sport competitions. In this method, the objective function and the design variables are defined as the team and the team members, respectively. Similar to all cups, teams are arranged in groups and the competitions are performed in each group, separately. The best team in each group is determined by the minimum or maximum value of the objective function. The best teams would be allowed to the next round of the cup, by accomplishing minor changes. These teams get grouped again. This process continues until two teams arrive the final and the champion of the Numbers Cup would be identified. In this algorithm, the next cups (same iterations) will be repeated by the improvement of players' performance. To illustrate the capabilities of the proposed method, some standard functions were selected to optimize. Also, size optimization of three benchmark trusses is performed to test the efficiency of the NCO approach. The results obtained from this study, well illustrate the ability of the NCO in solving the optimization problems.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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