Validación de un algoritmo híbrido del pso con el método simplex y de topología de evolución paramétrica

Este artículo describe algunos de los aspectos más importantes relacionados con la experimentación numérica de un híbrido del algoritmo PSO (Particle Swarm Optimization) con el tradicional método simplex modificado de Nelder-Mead. El híbrido de estas dos técnicas de optimización sin restricciones se realizó con una topología que permite optimizar en cada iteración los parámetros del algoritmo PSO utilizando el método simplex modificado. Se realizaron experimentos numéricos con este algoritmo híbrido aplicados a varias funciones de prueba típicas para establecer su efectividad. Los resultados obtenidos se compararon con los del método simplex y el método cuadrático, los cuales resultaron ser muy satisfactorios desde el punto de vista de su repetibilidad y reproducibilidad, aunque el tiempo de cómputo fue considerablemente mayor. Se resalta, sin embargo, que la precisión del algoritmo híbrido fue del cien por ciento en todos los ensayos para las funciones de prueba seleccionadas

Diseño automático de cerchas de granescala: una comparación entre algoritmoslibres de derivadas

The design of steel trusses is a frequent problem in civil engineering, which requires the experience of the design engineer to achieve a structural solution with good performance and that can satisfy the established needs. In recent years, the design of these systems has been supported by the application of various methods of optimization, which allow optimal solutions, meeting the proposed design objectives, automatically and in a shorter time. This research presents the application of a series of multiobjective metaheuristic algorithms for the automatic design of large-scale trusses. The NSGA-II, MOPSO and AMOSA algorithms were applied and the structures reported in the literature were considered to be made up of a high number of elements. The performance of the algorithms was evaluated based on the computational cost, the hypervolume criterion and the behavior that the algorithms have when increasing the amount of iterations per optimization cycle. The search space used in the optimization was discrete, restricted by the W steel profiles available in the Colombian market. The results obtained show that, for the proposed problems, the MOPSO algorithm is the most efficient, followed by the AMOSA and the NSGA-II which showed a higher computational cost. Finally, it is worth mentioning that the calculation times were less than one hour, for trusses close to a thousand elements.El diseño de estructuras metálicas tipo cercha es un problema frecuente enla ingeniería civil, que requiere de la experiencia del ingeniero diseñadorpara lograr una solución estructural con buen desempeño y que puedasatisfacer las necesidades establecidas. En los últimos años, el diseñode estos sistemas ha sido soportado mediante la aplicación de diversosmétodos de optimización, que permiten obtener soluciones óptimas,dando cumplimiento a los objetivos de diseño propuestos, de formaautomática y en un menor tiempo de trabajo. Esta investigación presentala aplicación de una serie de algoritmos metaheurísticos multiobjetivopara el diseño automático de cerchas de gran escala. Se aplicaron losalgoritmos NSGA-II, MOPSO y AMOSA, y se consideraron estructuras reportadas en la literatura conformadas por un número elevado deelementos. El desempeño de los algoritmos se evaluó con base en el costocomputacional, el criterio del hipervolumen y el comportamiento quetienen los algoritmos al aumentar la cantidad de iteraciones por ciclode optimización. El espacio de búsqueda usado en la optimización fuediscreto, restringido por los perfiles de acero W disponibles en el mercadocolombiano. Los resultados obtenidos demuestran que, para los problemaspropuestos, el algoritmo MOPSO es el más eficiente, seguido del AMOSAy del NSGA-II que mostró un costo computacional mayor. Finalmente,vale la pena mencionar que los tiempos de cálculo fueron menores a unahora, para cerchas cercanas a los mil elementos

Damage detection by structure\'s dynamic response: an analytical study with applications to beam type structures

O objetivo deste trabalho é estudar métodos dinâmicos de detecção de dano em vigas, em especial os métodos baseados na variação da flexibilidade medida dinamicamente. Os métodos revisados formam parte das técnicas de Detecção de Dano Não Destrutivas (DDND). Nas técnicas DDND o dano é localizado por comparação entre o estado sadio e o danificado da estrutura. Neste trabalho, o problema de vibração inverso é apresentado e a matriz de flexibilidade estática da estrutura é determinada a partir de seus parâmetros modais. Com ajuda de um Modelo de Elementos Finitos (MEF) são mostrados os diferentes padrões de variação da matriz de flexibilidade produzidos pela presença do dano. Baseando-se nestes padrões é possível identificar a posição do dano dentro da estrutura, como indicado pelos diversos exemplos apresentados.The purpose of this work is to study dynamic methods for damage detection in beam structures. The attention is devoted to the methods based on dynamically measured flexibility. The reviewed methods are part of Nondestructive Damage Detection techniques (NDD). In the NDD techniques the damage is determined through the comparison between the undamaged and damaged state of the structure. In this work the inverse vibration problem is presented and the structure\'s flexibility matrix calculated from his modal parameters. The Finite Elements Model (FEM) is employed to show that a clear pattern exist for the changes in the flexibility matrix produced due to the presence of damage. The flexibility matrix changes is used to identify and locate damage as indicated by the several examples presented

Damage detection by structure\'s dynamic response: an analytical study with applications to beam type structures

O objetivo deste trabalho é estudar métodos dinâmicos de detecção de dano em vigas, em especial os métodos baseados na variação da flexibilidade medida dinamicamente. Os métodos revisados formam parte das técnicas de Detecção de Dano Não Destrutivas (DDND). Nas técnicas DDND o dano é localizado por comparação entre o estado sadio e o danificado da estrutura. Neste trabalho, o problema de vibração inverso é apresentado e a matriz de flexibilidade estática da estrutura é determinada a partir de seus parâmetros modais. Com ajuda de um Modelo de Elementos Finitos (MEF) são mostrados os diferentes padrões de variação da matriz de flexibilidade produzidos pela presença do dano. Baseando-se nestes padrões é possível identificar a posição do dano dentro da estrutura, como indicado pelos diversos exemplos apresentados.The purpose of this work is to study dynamic methods for damage detection in beam structures. The attention is devoted to the methods based on dynamically measured flexibility. The reviewed methods are part of Nondestructive Damage Detection techniques (NDD). In the NDD techniques the damage is determined through the comparison between the undamaged and damaged state of the structure. In this work the inverse vibration problem is presented and the structure\'s flexibility matrix calculated from his modal parameters. The Finite Elements Model (FEM) is employed to show that a clear pattern exist for the changes in the flexibility matrix produced due to the presence of damage. The flexibility matrix changes is used to identify and locate damage as indicated by the several examples presented

Hybrid algorithm for damage detection: a heuristic approach

Neste estudo, o novo algoritmo hibrido autoconfigurado PSOS (Particle Swarm Optimization - Simplex) para avaliação da integridade estrutural a partir de respostas dinâmicas é apresentado. A formulação da função objetivo para o problema de minimização definido emprega funções de resposta em freqüência e/ou dados modais do sistema. Uma nova estratégia para o controle dos parâmetros do algoritmo Particle Swarm Optimization (PSO), baseada no uso do método de Nelder - Mead é desenvolvida; conseqüentemente, a convergência do PSO fica independente dos parâmetros heurísticos e sua estabilidade e precisão são melhoradas. O método híbrido proposto teve melhor desempenho, nas diversas funções teste analisadas, quando comparado com os algoritmos simulated annealing, algoritmos genéticos e o PSO. São apresentados diversos problemas de detecção de dano, levando em conta os efeitos do ruído e da falta de dados experimentais. Em todos os casos, a posição e extensão do dano foram determinadas com sucesso. Finalmente, usando o PSOS, os parâmetros de um oscilador não linear (oscilador de Duffing) foram identificados.In this study, a new auto configured Particle Swarm Optimization - Simplex algorithm for damage detection has been proposed. The formulation of the objective function for the minimization problem is based on the frequency response functions (FRFs) and the modal parameters of the system. A novel strategy for the control of the Particle Swarm Optimization (PSO) parameters based on the Nelder-Mead algorithm (Simplex method) is presented; consequently, the convergence of the PSOS becomes independent of the heuristic constants and its stability and accuracy are enhanced. The formulated hybrid method performs better in different benchmark functions than the Simulated Annealing (SA), the Genetic Algorithm (GA) and the basic PSO. Several damage identification problems, taking into consideration the effects of noisy and incomplete data, were studied. In these cases, the damage location and extent were determined successfully. Finally, using the PSOS, a non-linear oscillator (Duffing oscillator) was identified with good results

Damage detection by structure\'s dynamic response: an analytical study with applications to beam type structures

O objetivo deste trabalho é estudar métodos dinâmicos de detecção de dano em vigas, em especial os métodos baseados na variação da flexibilidade medida dinamicamente. Os métodos revisados formam parte das técnicas de Detecção de Dano Não Destrutivas (DDND). Nas técnicas DDND o dano é localizado por comparação entre o estado sadio e o danificado da estrutura. Neste trabalho, o problema de vibração inverso é apresentado e a matriz de flexibilidade estática da estrutura é determinada a partir de seus parâmetros modais. Com ajuda de um Modelo de Elementos Finitos (MEF) são mostrados os diferentes padrões de variação da matriz de flexibilidade produzidos pela presença do dano. Baseando-se nestes padrões é possível identificar a posição do dano dentro da estrutura, como indicado pelos diversos exemplos apresentados.The purpose of this work is to study dynamic methods for damage detection in beam structures. The attention is devoted to the methods based on dynamically measured flexibility. The reviewed methods are part of Nondestructive Damage Detection techniques (NDD). In the NDD techniques the damage is determined through the comparison between the undamaged and damaged state of the structure. In this work the inverse vibration problem is presented and the structure\'s flexibility matrix calculated from his modal parameters. The Finite Elements Model (FEM) is employed to show that a clear pattern exist for the changes in the flexibility matrix produced due to the presence of damage. The flexibility matrix changes is used to identify and locate damage as indicated by the several examples presented

Validación de un algoritmo híbrido del pso con el método simplex y de topología de evolución paramétrica

This paper describes some of the most important aspects related to thenumerical experimentation of a hybrid of the algorithm PSO (Particle Swarm Optimization) with the traditional modified simplex method of NelderMead. The hybridization of these two techniques of optimization without restrictions was carried out with a topology that allows to optimize in each iteration the parameters of the algorithm PSO using the modified simplex method. Numerical experiments with this hybrid algorithm were carried out and applied to several of typical test functions to establish its effectiveness. The results obtained were compared with the simplex and the quadratic methods, which turned out to be very satisfactory since the point of view of their repeatability and reproducibility, although the time of computation was considerablylonger. It stands out itself, nevertheless, that the precision of the hybrid algorithm was a hundred percent in allthe trials for thetest functions selectedEste artículo describe algunos de los aspectos más importantes relacionados con la experimentación numérica de un híbrido del algoritmo PSO (Particle Swarm Optimization) con el tradicional método simplex modificado de Nelder-Mead. El híbrido de estas dos técnicas de optimización sin restricciones se realizó con una topología que permite optimizar en cada iteración los parámetros del algoritmo PSO utilizando el método simplex modificado. Se realizaron experimentos numéricos con este algoritmo híbrido aplicados a varias funciones de prueba típicas para establecer su efectividad. Los resultados obtenidos se compararon con los del método simplex y el método cuadrático, los cuales resultaron ser muy satisfactorios desde el punto de vista de su repetibilidad y reproducibilidad, aunque el tiempo de cómputo fue considerablemente mayor. Se resalta, sin embargo, que la precisión del algoritmo híbrido fue del cien por ciento en todos los ensayos para las funciones de prueba seleccionadas

Diseño automático de cerchas de gran escala: una comparación entre algoritmos libres de derivadas

The design of steel trusses is a frequent problem in civil engineering, which requires the experience of the design engineer to achieve a structural solution with good performance and that can satisfy the established needs. In recent years, the design of these systems has been supported by the application of various methods of optimization, which allow optimal solutions, meeting the proposed design objectives, automatically and in a shorter time. This research presents the application of a series of multiobjective metaheuristic algorithms for the automatic design of large-scale trusses. The NSGA-II, MOPSO and AMOSA algorithms were applied and the structures reported in the literature were considered to be made up of a high number of elements. The performance of the algorithms was evaluated based on the computational cost, the hypervolume criterion and the behavior that the algorithms have when increasing the amount of iterations per optimization cycle. The search space used in the optimization was discrete, restricted by the W steel beads available in the Colombian market. The results obtained show that, for the proposed problems, the MOPSO algorithm is the most efficient, followed by the AMOSA and the NSGA-II which showed a higher computational cost. Finally, it is worth mentioning that the calculation times were less than one hour, for trusses close to a thousand elements. El diseño de estructuras metálicas tipo cercha es un problema frecuente en la ingeniería civil, que requiere de la experiencia del ingeniero diseñador para lograr una solución estructural con buen desempeño y que pueda satisfacer las necesidades establecidas. En los últimos años, el diseño de estos sistemas ha sido soportado mediante la aplicación de diversos métodos de optimización, que permiten obtener soluciones óptimas, dando cumplimiento a los objetivos de diseño propuestos, de forma automática y en un menor tiempo de trabajo. Esta investigación presenta la aplicación de una serie de algoritmos metaheurísticos multiobjetivo para el diseño automático de cerchas de gran escala. Se aplicaron los algoritmos NSGA-II, MOPSO y AMOSA y se consideraron estructuras reportadas en la literatura conformadas por un número elevado de elementos. El desempeño de los algoritmos se evaluó con base en el costo computacional, el criterio del hipervolumen y el comportamiento que tienen los algoritmos al aumentar la cantidad de iteraciones por ciclo de optimización. El espacio de búsqueda usado en la optimización fue discreto, restringido por los perles de acero W disponibles en el mercado colombiano. Los resultados obtenidos demuestran que, para los problemas propuestos, el algoritmo MOPSO es el más eficiente, seguido del AMOSA y del NSGA-II que mostró un costo computacional mayor. Finalmente, vale la pena mencionar que los tiempos de cálculo fueron menores a una hora, para cerchas cercanas a los mil elementos