metaheuristic algorithm
در نشریات گروه عمران-
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز، سال پنجاه و چهارم شماره 4 (پیاپی 117، زمستان 1403)، صص 83 -91بتن به عنوان یکی از مصالح اصلی در صنعت ساخت، نقش حیاتی در پایداری، ایمنی و رفاه فضاهای شهری ایفا می کند. کیفیت بتن رابطه مستقیمی با تحمل بارهای ثقلی و جانبی دارد و می تواند از تخریب زودهنگام ساختمان ها جلوگیری کرده و علاوه بر کاهش حجم ضایعات ساختمانی، یک محیط شهری پایدار ایجاد نماید. با این حال، عوامل متعددی بر مقاومت فشاری بتن تاثیرگذارند که عدم شناسایی این عوامل می تواند منجر به تخریب زودرس ساختمان ها و همچنین پیامدهای ناگوار در بلایای طبیعی شود. درک صحیح از این عوامل برای ارتقای کیفیت بتن و تضمین عملکرد مطلوب سازه ها ضروری است. هدف این مقاله، تحلیل عوامل موثر بر کیفیت مقاومت بتن در راستای ارتقا پایداری، ایمنی، رفاه فضاهای شهری و همچنین حفاظت از محیط زیست شهری است. در این مقاله، علاوه بر استفاده از مدل یادگیری ماشین مبتنی بر الگوریتم تقویت گرادیان شدید، از الگوریتم های فراابتکاری برای ایجاد یک مدل پیش بینی دقیق استفاده شده است. نتایج این پژوهش نشان می دهد که عوامل متعددی از جمله نسبت آب به سیمان، نوع و کیفیت سنگدانه، افزودنی های بتن، شرایط عمل آوری و شرایط محیطی، بر مقاومت بتن تاثیرگذار هستند. همچنین، در این پژوهش مدل یادگیری ماشین قادر به شناسایی الگوهای پیچیده در بین عوامل شناسایی شده و پیش بینی دقیق مقاومت فشاری بتن با دقت 66/95 درصد است. نتایج این مطالعه می تواند به ارتقای کیفیت ساخت، افزایش طول عمر مفید سازه ها، کاهش هزینه های نگهداری و تعمیرات، ایجاد فضاهای شهری پایدار و ایمن منجر شود.کلید واژگان: مدیریت شهری، الگوریتم یادگیری ماشین، الگوریتم فراابتکاری، مقاومت فشاری بتن، محیط زیست، ضایعات ساختمانیConcrete, as one of the main materials in the construction industry, plays a vital role in the sustainability, safety, and welfare of urban spaces. This is because concrete has a direct impact on bearing gravitational and lateral loads, and improving the quality of concrete can prevent the premature destruction of buildings. Additionally, it can reduce the volume of construction waste and create a sustainable urban environment. However, numerous factors affect the compressive strength of concrete, and failing to identify these factors can lead to premature building destruction and adverse outcomes during natural disasters. A proper understanding of these factors is essential for enhancing concrete quality and ensuring the optimal performance of structures. Accordingly, the aim of this article is to analyze the factors influencing the quality and strength of concrete to improve the sustainability, safety, and welfare of urban spaces and to protect the urban environment. In this article, to achieve the research objectives, in addition to using a machine learning model based on the Extreme Gradient Boosting algorithm, metaheuristic algorithms have been employed to create an accurate predictive model.Keywords: Urban Management, Machine Learning Algorithm, Metaheuristic Algorithm, Concrete Compressive Strength, Environment, Construction Waste
-
International Journal of Optimization in Civil Engineering, Volume:14 Issue: 4, Autumn 2024, PP 647 -663
In this paper, a neural network is trained for optimal nodal ordering of graphs to obtain a small wavefront using soft computing. A preference function consists of six inputs that can be seen as a generalization of Sloan's function. These six inputs represent the different connection characteristics of graph models. This research is done with the aim of comparing Sloan's theoretical numbering method with Sloan's developed method with neural networks and WSA meta-heuristic algorithm. Unlike the Sloan algorithm, which uses two fixed coefficients, six coefficients are used here, based on the evaluation of artificial neural networks. The weight of networks is obtained using Water Strider algorithm. Examples are included to demonstrate the performance of the present hybrid method.
Keywords: Graph Ordering, Wavefront, Neural Network, Metaheuristic Algorithm, WSA -
دریافت عوارض یکی از راه کار های مورد اقبال برنامه ریزان حمل ونقل در مواجهه با تراکم ترافیک است. در این مطالعه تعیین عوارض برای آزادراه های درون شهری به شکل یک مسئله بهینه سازی دوسطحی ارائه شده است. در سطح بالا، بهینه سازی عوارض با متغیرهای تصمیم ارقام عوارض آزادراه ها قرار دارد و در سطح پایین، مسئله تخصیص سفر در شبکه معابر حل می شود برای افزایش دقت و کارایی . تخصیص سفر از دو جنبه ی معیار های عملکرد شبکه و عدالت اجتماعی به صورت پویا و با در نظر گرفتن گروه های مختلف جمعیت از لحاظ ارزش زمانی انجام شده است. همچنین در این مقاله از یک مدل تخصیص پویای میان نگر که دقت مدل های خردنگر و سرعت مدل های کلان نگر را دارد استفاده شده است. برای حل مسئله در این مقاله الگوریتم فراکاوشی چند جمعیتی توسعه داده شده است. برای تقسیم بندی جمعیت به زیر-جمعیت های مختلف از روش چند-جمعیتی ترکیبی برای تقویت دو عملگر جستجوی محلی و جستجوی جهانی استفاده شده است. در هسته ی این روش الگوریتم بهینه سازی آموزش-یادگیری مبنا استفاده شده است.. نتایج نشان داد که سرعت و دقت همگرایی الگوریتم توسعه داده شده نسبت به سه الگوریتم ها رقیب برتری کامل و قابل توجهی داشته است. این الگوریتم زمان سفر کل شبکه را از 8205 ساعت به 6683 ساعت، معادل 18% کل زمان سفر، کاهش داده و همچنین سرعت این الگوریتم برای رسیدن به مقادیر تابع هدف مشخص شده نسبت به الگوریتم ژنتیک، 6 برابر شده است.کلید واژگان: عوارض آزادراه، بهینه سازی، الگوریتم فراکاوشی، تخصیص پویای سفرCollecting tolls is one of the solutions favored by transportation planners in dealing with traffic congestion. In this paper, urban tolls for internal freeways are presented in the form of a two-level optimization model. At the top, the decision level of the freeway toll is placed, and at the bottom, the issue of travel characteristics in the road network is solved to increase accuracy and efficiency. Allocation of travel from two aspects of network performance and social justice has been done dynamically, considering different population groups in terms of value. Also, this article considers a novel dynamic allocation model that uses the accuracy of micro-view and the speed of macro-view. To solve the problem in this multi-population metaheuristic algorithm has been developed. The combined multi-population method strengthens the local and global search operations to divide the population into different sub-populations. The teaching learning-based optimization (TLBO) is used in the presented method. The results showed that the speed and accuracy of the developed model are superior to the three competing algorithms. This algorithm reduced the travel time of the entire network from 8205 hours to 6683 hours, equivalent to 18% of the total travel time, and also, the speed of the presented algorithm has increased six times compared to the genetic algorithm.Keywords: Toll Pricing, Teaching Learning-Based, Optimization (TLBO), Dynamic Traffic Assignment, Metaheuristic Algorithm
-
International Journal of Optimization in Civil Engineering, Volume:14 Issue: 3, Summer 2024, PP 461 -487
Optimization has become increasingly significant and applicable in resolving numerous engineering challenges, particularly in the structural engineering field. As computer science has advanced, various population-based optimization algorithms have been developed to address these challenges. These methods are favored by most researchers because of the difficulty of calculations in classical optimization methods and achieving ideal solutions in a shorter time in metaheuristic technique methods. Recently, there has been a growing interest in optimizing truss structures. This interest stems from the widespread utilization of truss structures, which are known for their uncomplicated design and quick analysis process. In this paper, the weight of the truss, the cross-sectional area of the members as discrete variables, and the coordinates of the truss nodes as continuous variables are optimized using the HGPG algorithm, which is a combination of three metaheuristic algorithms, including the Gravity Search Algorithm (GSA), Particle Swarm Optimization (PSO), and Gray Wolf Optimization (GWO). The presented formulation aims to improve the weaknesses of these methods while preserving their strengths. In this research, 15, 18, 25, and 47-member trusses were utilized to show the efficiency of the HGPG method, so the weight of these examples was optimized while their constraints such as stress limitations, displacement constraints, and Euler buckling were considered. The proposed HGPG algorithm operates in discrete and continuous modes to optimize the size and geometric configuration of truss structures, allowing for comprehensive structural optimization. The numerical results show the suitable performance of this process.
Keywords: HGPG Algorithm, Structural Optimization, Metaheuristic Algorithm, Size Optimization, Geometry Optimization, Multi-Objective Optimization, Truss Design -
International Journal of Optimization in Civil Engineering, Volume:14 Issue: 3, Summer 2024, PP 355 -383
The optimal design of structural systems represents a pivotal challenge, striking a balance between economic efficiency and safety. There has been a great challenge in balancing between the economic issues and safety factors of the structures over the past few decades; however, development of high-speed computing systems enables the experts to deal with higher computational efforts in designing structural systems. Recent advancements in computational methods have significantly improved our ability to address this challenge through sophisticated design schemes. The main purpose of this paper is to develop an intelligent design scheme for truss structures in which an optimization process is implemented into this scheme to help the process reach lower weights for the structures. For this purpose, the Artificial Rabbits Optimization (ARO) algorithm is utilized as one of the recently developed metaheuristic algorithms which mimics the foraging behaviour of the rabbits in nature. In order to reach better solutions, the improved version of this algorithm is proposed as I-ARO in which the well-known random initialization process is substituted by the Diagonal Linear Uniform (DLU) initialization procedure. For numerical investigations, 5 truss structures 10, 25, 52, 72, and 160 elements are considered in which stress and displacement constraints are determined by considering discrete design variables. By conducting 50 optimization runs for each truss structure, it can be concluded that the I-ARO algorithm is capable of reaching better solutions than the standard ARO algorithm which demonstrates the effects of DLU in enhancing this algorithm’s search behaviour.
Keywords: Truss Optimization, Artificial Rabbits Optimization (ARO), Metaheuristic Algorithm, Structural Optimization, Diagonal Linear Uniform Initialization -
در انجام تمامی پروژه ها زمان و هزینه جز اصلیترین مسائل در مدیریت پروژه به شمار میرود. بهبود هر یک از این دو مولفه میزان بازدهی پروژه را افزایش میدهد. در پروژه های عمرانی نیز صرفهجویی در زمان و هزینه از ضرورتهای اولیه مدیریت پروژه میباشد. امروزه استفاده از سازه های فضاکار به دلیل صرفه در زمان، بیش از پیش مورد توجه قرار گرفته است و با توجه به اینکه این نوع سازه ها توانایی اجرا در دهانه بلند را دارند، دارای کاربرد فراوانی میباشند. بنابراین بهینهسازی وزن در این سازه ها میتواند توجیه پایهگذاری شده که روش TLBO اقتصادی پروژه را بهبود ببخشد. در این مقاله یک روش بهینهسازی فرا ابتکاری بر اساس الگوریتم انجام شده است و این روش روی چندین مسئله TLBO بهبود الگوریتم با استفاده از افزودن عملگر پیوند در فاز معلم الگوریتم بهینهسازی مختلف بنچمارک و یک مسئله واقعی مورد ارزیابی قرار گرفته است. نتایج نشان میدهد که این روش نسبت به الگوریتمپایه خود از لحاظ دقت همگرایی و سرعت همگرایی دارای کیفیت بالاتری است. پیادهسازی الگوریتم بهینهسازی بر روی مسئله واقعی نیز نشان میدهد که استفاده از الگوریتمهای فرا ابتکاری میتواند باعث کاهش قابل توجه هزینه های اجرایی سازه های فضاکار شود.
کلید واژگان: سازه های فضاکار، الگوریتم فرا ابتکاری، بهینه سازیSpace frame structures are made up of a large number of members and nodes that transfer the incoming loads by the internal axial forces. Given that these structures are often used on a large scale; their accurate evaluation is important to achieve the optimal design. In construction projects, saving time and money is one of the basic necessities of project management. So, improving each of these two components increases project efficiency. Today, the use of space structures has become more popular due to time savings. In this paper, we have tried to improve this algorithm. Algorithm improvement is created by adding a crossover operation between the new solution and the best solution in the teacher phase. This work always causes a sudden movement and escape from the local minima for the algorithm. Improved algorithm results show that convergence speed and optimal response quality have improved. the results show the new method decreases the construction cost by more than 13 percent in the case study.
Keywords: Space Frame Structures, Metaheuristic Algorithm, Sizing Optimization -
International Journal of Optimization in Civil Engineering, Volume:13 Issue: 3, Summer 2023, PP 339 -351
The main objective of this study is to optimize reinforced concrete (RC) frames in the framework of performance-based design using metaheuristics. Three improved and efficient metaheuristics are employed in this work, namely, improved multi-verse (IMV), improved black hole (IBH) and modified newton metaheuristic algorithm (MNMA). These metaheuristic algorithms are applied for performance-based design optimization of 6- and 12-story planar RC frames. The seismic response of the structures is evaluated using pushover analysis during the optimization process. The obtained results show that the IBH outperforms the other algorithms.
Keywords: Structural optimization, performance-based design, metaheuristic algorithm, reinforced concrete frame -
International Journal of Optimization in Civil Engineering, Volume:13 Issue: 1, Winter 2023, PP 1 -16
Design optimization of cable-stayed bridges is a challenging optimization problem because a large number of variables is usually involved in the optimization process. For these structures the design variables are cross-sectional areas of the cables. In this study, an efficient metaheuristic algorithm namely, momentum search algorithm (MSA) is used to optimize the design of cable-stayed bridges. The MSA is inspired by the Physics and its superiority over many metaheuristics has been demonstrated in tackling several standard benchmark test functions. In the current work, the performance of MSA is compared with that of two other metaheuristics and it is shown that the MSA is an efficient algorithm to tackle the optimization problem of cable-stayed bridges.
Keywords: cable-stayed bridge, structural optimization, metaheuristic algorithm, particle swarm optimization -
بهینه سازی طراحی شبکه های جمع آوری و انتقال فاضلاب شهری به دلیل هزینه های بسیار بالای اجرای این زیرساخت ها همواره مورد توجه محققین و کارشناسان بوده است. تعدد متغیرهای تصمیم و پیچیده بودن قیودات حاکم بر مساله، استفاده از روش های ریاضیاتی را در بهینه سازی این سیستم ها با دشواری-های زیادی همراه کرده و این امر استفاده از الگوریتم های فراکاوشی را در حل این مسایل ضروری ساخته است. الگوریتم جهش تصادفی قورباغه یکی از الگوریتم-های فراکاوشی جدید است که قابلیت خود را در حل تعداد زیادی از مسایل بهینه سازی نشان داده است. در این تحقیق، قابلیت الگوریتم جهش تصادفی قورباغه در حل مساله طراحی بهینه شبکه های فاضلاب شهری مورد بررسی قرار گرفته است. قطر لوله ها به عنوان متغیرهای تصمیم گسسته و عمق کارگذاری لوله ها به عنوان متغیرهای تصمیم پیوسته، همزمان در این تحقیق به عنوان مجهولات مساله مطرح بوده اند. همچنین سه شبکه فاضلاب با 13، 41 و 65 متغیر تصمیم (به صورت ترکیبی از تعداد لوله ها و تعداد گره ها) به عنوان مطالعه موردی انتخاب شده است. رعایت قیودات متعدد فنی، اجرایی و هیدرولیکی نیز با تعریف توابع جریمه مناسب کنترل شده است. نتایج نشان داد که نتایج بدست آمده از الگوریتم جهش تصادفی قورباغه در مقایسه با بهترین پاسخ بدست آمده از الگوریتم- های ژنتیک، هوش تجمعی ذرات و رقابت زیست طبیعی در مسایل اول و سوم به ترتیب منجر به کاهش هزینه به میزان 43/0 و 2/3 درصد شده و در مسیله دوم نیز در مقایسه با دیگر روش ها، با کمترین میزان تعداد فراخوانی تابع هدف به تابع هدفی برابر دست یافته است.
کلید واژگان: الگوریتم فراکاوشی، بهینه سازی، حداقل سازی هزینه، شبکه فاضلاب شهری، الگوریتم جهش تصادفی قورباغهThe optimal design and construction of sewage networks have always been considered by researchers and experts due to the very high costs of implementing this infrastructure. Being consisted of various variables and subjected to complex constraints, conventional mathematical optimization procedures are unlikely to be able to solve sewage network optimization problems. Thus, utilizing meta-heuristic optimization algorithms is a must to tackle these problems. The shuffled frog leaping algorithm (SFLA) is one of the new meta-heuristic algorithms which has shown its ability to solve a large number of optimization problems. In this research, the capability of the SFLA in solving the problem of optimal design of sewage networks has been investigated. The diameter of the pipes as discrete decision variables and the depth of pipe placement as continuous decision variables were simultaneously considered in this study as the unknowns. To this end, three sewage networks with 13, 41, and 65 decision variables have been selected as case studies. Various technical, operational, and hydraulic constraints are controlled by defining appropriate penalty functions. The results showed that for case studies 1 and 3, the SFLA decreased the minimum construction costs derived by GA, PSO, and SCE algorithms by 0.43 and 3.2 percent respectively, and for the second case study, with the less number of function evaluations, SFLA has reached the equal objective function compared to other algorithms.
Keywords: Metaheuristic algorithm, optimization, Cost minimization, Urban Sewage Networks, Shuffled frog leaping algorithm -
Optimization is an act of decision-making to reach a point in which the overall behavior of the considered system is acceptable by the field's experts. In recent decades, construction companies have been willing to provide housing services with lower construction costs that people of different kinds can afford. Although academics have introduced form-dominant methods, using artificial intelligence (AI) in structural design has been one of the most critical challenges in recent years. In the current study, the applicability of the Crystal Structure Algorithm (CryStAl) as one of the recently developed metaheuristic algorithms is investigated in the optimum design of truss structures, in which the basic concepts of crystals, including the lattice and basis, are in perspective. For numerical purposes, the 10-bar, 72-bar, and 200-bar truss structures are considered as design examples. Furthermore, for constraint-handling purposes, a simple penalty approach is implemented in CryStAl. A complete statistical analysis is conducted through multiple optimization runs for comparative purposes; at the same time, other metaheuristic approaches have been derived from the literature. Based on the results of the CryStAl and other methods in dealing with truss optimization problems, the utilized method can provide better and more competitive results in most cases.Keywords: Optimization, Truss Structure, Metaheuristic Algorithm, Crystal Structure Algorithm
-
International Journal of Optimization in Civil Engineering, Volume:12 Issue: 2, Spring 2022, PP 201 -214
In this paper, a new robust metaheuristic optimization algorithm called improved time evolutionary optimization (ITEO) is applied to design reinforced concrete one-way ribbed slabs. Geometric and strength characteristics of concrete slabs are considered as design variables. The optimal design is such that in addition to achieving the minimum cost, all design constraints are satisfied under American Concrete Institute’s ACI 318-05 Standard. So, the numerical examples considered in this study have a large number of design variables and design constraints that make it complicated to converge the global optimal design. The ITEO has an excellent balance between the two phases of exploration and extraction and it has a high ability to find the optimal point of such problems. The comparison results between the ITEO and some other metaheuristic algorithms show the proposed method is competitive compared to others, and in some cases, superior to some other available metaheuristic techniques in terms of the faster convergence rate, performance, robustness of finding an optimal design solution, and needs a smaller number of function evaluations for designing considered constrained engineering problems.
Keywords: metaheuristic algorithm, reinforced concrete slab, optimum cost design, improved time evolutionary optimization -
از ابتدای تمدن بشری برجها و ساختمانهای بلند مورد توجه بوده و تامین سختی مناسب و بخصوص سختی جانبی، از عوامل اساسی در طراحی این سازه ها می باشد در این خصوص سیستم های مهاربند بازویی کارایی زیادی در کاهش پاسخ سازه در برابر بارهای جانبی دارند. همچنین وقوع زلزله و آثار مخرب آن در سالیان اخیر، اهمیت بکارگیری معیار رفتار و عملکرد مبنی برکنترل نحوه توزیع مقاومت و تغییرشکل در اجزای سازه ای را بیشتر نموده است. لذا ارایه طرح بهینه با قابلیت توجیه اقتصادی که هدف اصلی آن دستیابی به یک سطح قابل اطمینان از ایمنی و عملکرد در برابر مخاطرات طبیعی باشد ضروری است. در این تحقیق در دو سازه 24 و 36 طبقه با استفاده از الگوریتم فراکاوشی انتشار امواج دلفین بهبود یافته(MDE) ، طراحی عملکردی سازه های فولادی مجهز به سیستم مهار بازویی ضمن تعیین جانمایی بهینه مهاربند صورت گرفته است. تمامی قید-های طراحی عملکردی بر اساس آیین نامه FEMA در نظر گرفته شده اند. نتایج حاکی از رفتار مناسب سازه های با مهار بازویی، اثرگذاری موقعیت مهار بر عملکرد آن و فرآیند دستیابی به سازه بهینه می باشد بطوریکه سازه 36 طبقه در وضعیت بهینه استقرار مهاربازویی، کاهش وزن سازه ای حدود 9/3 درصد را نسبت به حالت استقرار در فواصل مساوی ارتفاعی به همراه داشته است. در هر دو سازه معیار دریفت طبقات و تغییرطول محوری اعضای مهاربندی حاکم بوده و لزوم لحاظ اثرات مودهای بالاتر در بررسی رفتار سازه مورد تاکید قرار گرفته است بطوریکه با افزایش تعداد طبقات و تاثیرگذاری مودهای بالاتر، موقعیت بهینه استقرار مهار بازویی به سمت طبقات فوقانی سوق می یابد.کلید واژگان: ساختمان بلند، مهار بازویی، الگوریتم فراکاوشی، بهینه یابی موقعیت، طراحی بر اساس عملکردTowers and tall buildings have been considered since the beginning of human civilization and providing the suitable stiffness and especially the lateral stiffness is one of the basic factors in the design of these structures. In this matter outrigger systems are very effective in reducing the response of the structure to lateral loads. Also, the occurrence of earthquakes and its destructive effects in recent years has increased the importance of applying the behavior and performance criteria to control the distribution of resistance and deformation in structural components. Therefore, it is necessary to provide an optimal design with economic justification capability, the main purpose of which is to achieve a reliable level of safety and performance against natural hazards. In this research, in two structures with 24 and 36 floors, using modified dolphin echolocation metaheuristic algorithm (MDE), the performance based design of steel structures equipped with outrigger system while layout optimization of the brace has been done. All performance design constraints are considered in accordance with FEMA regulations. The results indicate the appropriate behavior of structures with outrigger, the effect of outrigger position on its performance and the process of achieving optimal structure. as the 36-story structure in the optimal position of the outrigger installation, the weight of the structure has decreased by about 3.9% compared to the installation position at equal height distances. In both structures, the criterion of story drift and axial length change of bracing members prevails and the necessity to consider the effects of higher modes in studying the behavior of the structure is emphasized so that by increasing the number of floors and higher modes influence, the optimal position of outrigger is shifted to the upper floors.Keywords: Tall building, Outrigger, Metaheuristic Algorithm, Layout optimization, Performance Based Design
-
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز، سال پنجاه و یکم شماره 4 (پیاپی 105، زمستان 1400)، صص 31 -43امروزه طراحی اقتصادی و بهینه نمودن شبکه های توزیع و انتقال آب به گونه ای که بتوان با صرف حداقل هزینه کلیه محدودیت های مورد نظر در شبکه را ارضا نمود از مباحث مهم تحقیقاتی می باشد. ازجمله روش های موثر جهت طراحی بهینه، استفاده از الگوریتم های بهینه سازی فراکاوشی می باشد که به دلیل دارا بودن عملگرهایی همچون جهش و همچنین بهره مندی از مزایای هوش جمعی قدرت بیشتری در یافتن پاسخ های بهینه یک مسئله دارند. در پژوهش حاضر بهینه سازی قطر لوله ها در دو شبکه آبرسانی کادو و خرمشهر با به کارگیری الگوریتم بهینه سازی گروه میگوها (Krill Herd Optimization) که یک الگوریتم هوش جمعی با رفتار سراسری هوشمندانه می باشد بررسی شده است. تابع هدف که بایستی حداقل گردد شامل هزینه خرید لوله ها با در نظر گرفتن محدودیت های هیدرولیکی حاکم بر شبکه می باشد. بدین منظور این الگوریتم در برنامه متلب (MATLAB) کدگذاری شده و با نرم افزار هیدرولیکی ایپنت (EPANET) ارتباط داده شده است. اجرای این روش و مقایسه پاسخ به دست آمده برای تابع هزینه در شبکه کادو با نتایج الگوریتم های GA، GA-ILP و PSO در مطالعات پیشین نشان داد که پاسخ یافته شده توسط الگوریتم گروه میگوها نسبت به GA حدود 3/3 درصد، نسبت به GA-ILP حدود 3 درصد و نسبت به PSO حدود 6/2 درصد کاهش داشته است. همچنین نتیجه شبکه خرمشهر در مقایسه با روش LP حدود 10 درصد معادل 158،658،000 ریال کاهش هزینه لوله های شبکه را در بر داشته است. این بهبودها در نتایج حاکی از توانایی بیشتر الگوریتم گروه میگوها در فرار از پاسخ های بهینه محلی و نزدیک شدن به بهینه سراسری در حل مسئله شبکه های توزیع آب می باشد.کلید واژگان: بهینه سازی، محدودیت های هیدرولیکی، الگوریتم فراکاوشی، متلب، ایپنتJournal of Civil and Environmental Engineering University of Tabriz, Volume:51 Issue: 4, 2022, PP 31 -43An effective way to achieve an economic design of water distribution networks (WDNs) is to utilize the metaheuristic optimization algorithms which profited by swarm intelligence. In this research, Krill Herd (KH) Optimization algorithm was applied to obtain the optimum design of water distribution networks (WDNs). For this purpose, KH algorithm was linked with EPANET hydraulic software (Rossman 2000) in MATLAB. The capital cost was considered as the objective function in Kadu and Khorramshahr WDNs herein. The obtained optimum design cost for two WDNs were compared with the solutions published using other approaches.Keywords: Metaheuristic algorithm, Hydraulic constraints, Matlab, EPANET
-
International Journal of Optimization in Civil Engineering, Volume:11 Issue: 4, Autumn 2021, PP 599 -610
Optimization has always been a human concern from ancient times to the present day, also in light of advances in computing equipment and systems, optimization techniques have become increasingly important in different applications. The role of metaheuristic algorithms in optimizing and solving engineering problems is expanding every day, optimization has also had many applications in water engineering. Every year, the effects of climate change and the water crisis deepen and worsen in many parts of the world, and existing water management becomes much more vital and critical. One of the main centers for water management and control dams reservoirs. In this paper, applying the CBO metaheuristic algorithm, the results of optimization in the operation of the Haraz dam reservoir in northern Iran, which has previously been done with FA and GA algorithms and standard operation system (SOP), are reviewed and compared. With the implementation of the CBO algorithm, all results and key outputs such as program runtime, annual water shortages, and vulnerabilities are much better than previous calculations, all the results are mentioned in the text of the article, but for example, the annual water shortage has reached about 38% of the FA algorithm, about 25% of the GA algorithm and about 13% of the SOP method. The numerical results demonstrate that the CBO algorithm has merits in solving challenging optimization problems and using this innovative algorithm can be an important starting point in the operation of dam reservoirs around the world.
Keywords: Haraz dam, metaheuristic algorithm, CBO algorithm, reservoir optimization, FA algorithm, GA algorithm -
برای بهینه یابی هزینه یک دال بتن مسلح دندانه دار باید هزینه بتن و فولاد مصرف شده در آن را کاهش داد. به عبارت دیگر باید سطح مقطع بتن و فولاد سازه را کم کرد. برای محاسبه سطح مقطع بتن و فولاد دال بتنی دندانه دار، شش متغیر طراحی تعریف می شود که با ضخامت دال، قطر میلگرد و ابعاد دندانه ها مرتبط می باشد. سیستم کف های سازه ای که از بتن مسلح ساخته شده است، نیاز به انتقال موثر بارهای کف به سیستم های عمودی دارد که از طریق ظرفیت مقاومت در برابر برش، خمش و پیچش صورت می گیرد. علاوه بر نیاز به مقاومت، کف ها باید معیار تغییر شکل را ارضاء کنند که عرض ترک و افتادگی کم باشد. مجموعه این عوامل قیود مسئله بهینه یابی هزینه دال را تشکیل می دهند. برای حل این مسئله بهینه یابی در این مقاله از الگوریتم بهینه یابی اجسام برخوردکننده (CBO) استفاده می شود. الگوریتم CBO یک الگوریتم فراکاوشی جدید است که در سال های اخیر توسعه یافته است و وجه تمایز اصلی آن با سایر الگوریتم های فراکاوشی این است که به پارامتر های ورودی و میزان سازی آن ها نیاز ندارد و تلاش محاسباتی و زمان کمتری را می خواهد. به منظور ارزیابی تاثیر پارامترهای بارگذاری و دهانه تیر بر هزینه بهینه دال های بتنی، سه وضعیت مختلف تعریف می شود. در هر وضعیت یک حالت بارگذاری و چهار دهانه تیر متفاوت در نظر گرفته می شود. در هر حالت با توجه به تغییر پارامترهای ورودی مسئله طراحی بهینه به طور مستقل اجرا می گردد و مقدار تابع هدف و مقدار متناظر متغیرهای طراحی تعیین می شود. به این ترتیب، حساسیت هزینه بهینه دال های بتنی نسبت به پارامترهای بارگذاری و دهانه تیر مورد تحلیل قرار می گیرد. نتایج این مطالعه نشان می دهد میزان تاثیر تغییرات دهانه تیر بر روی مقدار هزینه دال بتنی دندانه دار بسیار بیشتر از میزان تاثیر تغییرات بارگذاری بر روی مقدار هزینه دال می باشد. با افزایش 50 درصدی دهانه تیر مقدار هزینه دال بیشتر از دو برابر می شود به عبارتی کمترین تغییر تابع هدف به خاطر تغییرات طول دهانه تیر در یک حالت بارگذاری مشخص، افزایش حدودا 100 درصدی تابع هدف را در پی داشته است اما میزان تاثیر بارگذاری در تغییر مقدار هزینه دال دندانه دار بسیار کمتر می باشد. بیشترین تاثیر میزان بارگذاری، تغییر مقدار تابع هدف به میزان حدود 13 درصد بوده است.کلید واژگان: الگوریتم فراکاوشی، بهینه یابی، دال بتن مسلح، طراحی سازه، هزینه دال بتنی دندانه دارTo optimize the cost of a reinforced concrete ribbed slab, the cost of concrete and steel used in it should be reduced. In other words, the cross section area of concrete and steel of structure should be reduced. To calculate the cross section area of concrete and steel of concrete ribbed slab, six design variables are defined that are related to slab thickness, bar diameter and ribs dimensions. The floor system of a structure made of reinforced concrete requires the efficient transfer of floor loads to vertical systems through the capacity of resistance to shear, bending and torsion. In addition to the need for strength, floors must meet the deformation criteria with a low crack width and deflection. The combination of these factors constitutes the constraints of slab cost optimization. To solve this optimization problem in this paper, the colliding bodies optimization (CBO) algorithm is used. The CBO algorithm is a new metaheuristic algorithm that has been developed in recent years and its main difference with other metaheuristic algorithms is that it does not require input parameters and their adjusting and requires less computational effort and time. In order to evaluate the effect of loading and beam span parameters on the optimal cost of concrete slabs, three different cases are defined. In each case, one loading state and four different beam spans are considered. In each state, due to the change of input parameters, the optimal design problem is executed independently and the value of the objective function and the corresponding value of the design variables are determined. In this way, the sensitivity of the optimal cost of concrete slabs to the loading and beam span parameters is analyzed. The results of this study Shows the effect of changes in beam span on the cost of ribbed concrete slab is much greater than the effect of load changes on the cost of slab. By increasing the beam span by 50%, the cost of the slab becomes more than doubles. In other words, the least change in the objective function due to changes in the length of the beam span in a certain loading case, has resulted in an increase of about 100% in the objective function, but the effect of loading on changing the cost of ribbed slab is much less. The greatest effect of loading was to change the value of the objective function by about 13%Keywords: Metaheuristic Algorithm, optimization, reinforced concrete, Structure Design, Concrete Ribbed Slab Cost
-
در صورت طراحی و استفاده مناسب از میراگر های سیال ویسکوز درقاب های ساختمانی می توان نسبت به افزایش کارایی و عملکرد این قاب ها اطمینان بیشتری حاصل کرد. به این منظور دراینجا دو نوع بسیارپرکاربرد از قابهای مهاربندی فولادی شورون و قطری با تجهیز به میراگر سیال ویسکوز مورد مطالعه قرار گرفته است .تمامی مشخصات ابعادی و نیز مشخصات مقاطع و مصالح مورد استفاده برای تیرها، ستونها و مهاربندهای مدلهای قاب، مشابه درنظر گرفته می شود .با کمک نرم افزار توانمندopen-sees قاب های مورد نظر به صورت دو بعدی مدل سازی شده و تحت 15 شتابنگاشت حوزه های دور و نزدیک زلزله که بکمک یک الگوریتم فراابتکاری مقیاس شده اند، بارگذاری می شوند. از آنجا که میراگرهای ویسکوز، بعلت وابستگی به سرعت تحریک در اثر حرکت زمین و داشتن رابطه نیرو تغییرمکان غیرخطی، ذاتا نیازمند به انجام تحلیل های دینامیکی غیرخطی می باشند. لذا تحلیل دینامیکی تاریخچه زمانی غیرخطی افزایشی جهت مطالعه رفتار لرزه ای مدل های قاب فولادی و دستیابی به منحنی های شکنندگی انتخاب می گردد. نتایج مطالعه حاضر بیانگر این واقعیت است که بکارگیری میراگرهای ویسکوز در قابهای فولادی متعارف، موجبات کاهش قابل ملاحظه پاسخهای سازه ای (مانند نیروهای برشی پایه، جابجایی ها، شتابها، میزان پلاستیک شدگی اعضای اصلی سازه) و نیز افزایش قابل توجه انرژی مستهلک شده بصورت ویسکوز در سازه را فراهم می آورد. همچنین می توان این سیستم را برای تامین سطح عملکرد استفاده بدون وقفه در قاب های ساختمانی پیشنهاد داد.
کلید واژگان: مهاربند شورون، مهاربند قطری، میراگر سیال ویسکوز، تحلیل دینامیکی غیرخطی، منحنی شکنندگی، الگوریتم فراابتکاریA proper design of viscous fluid dampers can assure us more efficiency and improvement of structural frames performance. For this purpose, these two common types of steel bracing frames of chevron and diagonal, equipped with viscous fluid dampers, are going to be analysed in this essay. All dimensional specifications, as well as the specifications of the cross sections and materials used for the beams, columns, and braces of the frame models, are considered as similarities. With the assist of the powerful Open-Sees software, considered frames are modelled in a two-dimensional form and loaded under 15 ground motions of the near-fault and far fault earthquake. These ground motions are modified by a metaheuristic algorithm. Since the viscous dampers depend on the speed of the excitement as a result of the motion of the earth and having a non-linear force-displacement relationship, they require performing nonlinear dynamic analysis, so Incremental Dynamic Analysis is selected for obtaining fragility curves. The results of this study show that using the viscous dampers in conventional steel frames would cause significant reductions in structural responses (such as base shear forces, displacements, accelerations and rate of plasticity of the main members of the structure) and also noticeable increase in dissipated energy in a viscous form. This system could also be suggested for immediate occupancy performance level.
Keywords: Chevron Bracing, Dagonal bracing, Viscous fluid damper, Nonlinear dynamic analysis, Fragility curve, Metaheuristic Algorithm -
دست یابی به پارامترهای نشت در روش تحلیل معکوس جریان گذرا (ITA) به صورت معکوس و با حل یک مسئله برنامه ریزی غیرخطی توسط الگوریتم های فراکاوشی همچون الگوریتم ژنتیک (GA) انجام می شود. با وجود توانایی بالای روش ITA در یافتن پارامترهای نشت، استفاده از الگوریتم GA در این روش سبب می شود تا از نظر کارایی محاسباتی، نیازمند صرف هزینه و زمان محاسباتی زیادی باشد. دلیل این امر را می توان ماهیت حرکات تصادفی و تکاملی تدریجی الهام گرفته شده از طبیعت در الگوریتم GA دانست. در این پژوهش با هدف افزایش راندمان محاسباتی، استفاده از مدل های جایگزین در بخش فرایند بهینه سازی روش ITA پیشنهاد می شود. مدل جایگزین در واقع نمونه شبیه-سازی شده مدل اصلی بوده که قادر است مقدار تقریبی تابع هدف را در کسری از ثانیه محاسبه کند. نحوه به کارگیری این مدل ها در فرایند بهینه سازی در موفقیت استفاده از این روش ها تاثیر بسزایی دارد. در همین راستا دو الگوریتم دارای مدل جایگزین مبتنی بر اعضای جمعیت با عناوین Pre-selection Strategy (PS) وBest Strategy (BS) معرفی می شوند. به منظور ارزیابی و مقایسه نتایج، از یک شبکه آبرسانی با هدف یافتن پارامترهای نشت استفاده شده است. نتایج، افزایش راندمان محاسباتی را نسبت به استفاده از الگوریتم GA در روش ITA نشان دادند. الگوریتم PS توانست با کاهش 58% میزان تابع هدف و صرفه جویی زمان محاسباتی 78% نسبت به الگوریتم GA بهترین عملکرد را به خود اختصاص دهد.
کلید واژگان: الگوریتم فراکاوشی، بهینه سازی، تحلیل معکوس، جریان گذرا، راندمان محاسباتیThe leak detection parameters in the inverse transient analysis (ITA) are obtained in an inverse approach by solving a nonlinear programming problem using metaheuristic algorithms such as the genetic algorithm (GA). Despite its high capability in deriving the leak detection parameters, the ITA method is computationally complex and costly as it uses the (GA). The reason can be attributed to the random behavior and gradual evolution of this algorithm inspired by the nature. This study aimed to increase the computational efficiency by employing surrogate models in the optimization process of the ITA method. The surrogate model is in fact a simulated sample of the main model capable of approximately calculating the objective function in a fraction of a second. The way these models are integrated into the optimization model highly affects their success or failure. To this end, two algorithms incorporating population-based surrogate models, namely (Pre-selection Strategy) PS and (Best Strategy) BS, were presented. To evaluate and compare the results, a distribution network was used to identify the leak detection parameters. The results indicated an increase in the computational efficiency compared to the ITA method integrated with the (GA). The PS algorithm demonstrated the highest performance by reducing the objective function and time complexity by 58% and 78%, respectively.
Keywords: Metaheuristic algorithm, optimization, Inverse Analysis, Transient, Computational efficiency -
International Journal of Optimization in Civil Engineering, Volume:4 Issue: 3, Summer 2014, PP 381 -397Simplified Dolphin Echolocation (SDE) optimization is an improved version of the Dolphin Echolocation optimization. The dolphin echolocation (DE) is a recently proposed metaheuristic algorithm, which was imitated dolphin’s hunting process. The global or near global optimum solution modeled as dolphin’s bait, dolphins send sound in different directions to discover the best bait among their search space. This paper introduced a new optimization method called SDE for weight optimization of steel truss structures problems. SDE applies some new approaches for generating new solutions. These improvements enhance the accuracy and convergence rate of the DE; SDE does not depend on any empirical parameter. The results of the SDE for mathematical and engineering optimization problems are compared to those of the standard DE and some popular metaheuristic algorithms. The results show that SDE is competitive with other algorithms.Keywords: optimization, metaheuristic algorithm, dolphin echolocation, simplified dolphin echolocation, truss optimization
- نتایج بر اساس تاریخ انتشار مرتب شدهاند.
- کلیدواژه مورد نظر شما تنها در فیلد کلیدواژگان مقالات جستجو شدهاست. به منظور حذف نتایج غیر مرتبط، جستجو تنها در مقالات مجلاتی انجام شده که با مجله ماخذ هم موضوع هستند.
- در صورتی که میخواهید جستجو را در همه موضوعات و با شرایط دیگر تکرار کنید به صفحه جستجوی پیشرفته مجلات مراجعه کنید.