Automatic Design of Large-Scale Trusses: A Comparison Between Derivative-Free Algorithms
Fecha
2020-11-11
Autores
NiƱo-Alvarez, Luis
Guevara-Corzo, Jeffrey
Begambre-Carrillo, Oscar
TĆtulo de la revista
ISSN de la revista
TĆtulo del volumen
Editor
Universidad EAFIT
Resumen
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 diseƱo de estructuras metĆ”licas tipo cercha es un problema frecuente enla ingenierĆa civil, que requiere de la experiencia del ingeniero diseƱadorpara lograr una soluciĆ³n estructural con buen desempeƱo y que puedasatisfacer las necesidades establecidas. En los Ćŗltimos aƱos, el diseƱode estos sistemas ha sido soportado mediante la aplicaciĆ³n de diversosmĆ©todos de optimizaciĆ³n, que permiten obtener soluciones Ć³ptimas,dando cumplimiento a los objetivos de diseƱo propuestos, de formaautomĆ”tica y en un menor tiempo de trabajo. Esta investigaciĆ³n presentala aplicaciĆ³n de una serie de algoritmos metaheurĆsticos multiobjetivopara el diseƱo automĆ”tico de cerchas de gran escala. Se aplicaron losalgoritmos NSGA-II, MOPSO y AMOSA, y se consideraron estructuras reportadas en la literatura conformadas por un nĆŗmero elevado deelementos. El desempeƱo de los algoritmos se evaluĆ³ con base en el costocomputacional, el criterio del hipervolumen y el comportamiento quetienen los algoritmos al aumentar la cantidad de iteraciones por ciclode optimizaciĆ³n. El espacio de bĆŗsqueda usado en la optimizaciĆ³n 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 mĆ”s eficiente, seguido del AMOSAy del NSGA-II que mostrĆ³ un costo computacional mayor. Finalmente,vale la pena mencionar que los tiempos de cĆ”lculo fueron menores a unahora, para cerchas cercanas a los mil elementos.
El diseƱo de estructuras metĆ”licas tipo cercha es un problema frecuente enla ingenierĆa civil, que requiere de la experiencia del ingeniero diseƱadorpara lograr una soluciĆ³n estructural con buen desempeƱo y que puedasatisfacer las necesidades establecidas. En los Ćŗltimos aƱos, el diseƱode estos sistemas ha sido soportado mediante la aplicaciĆ³n de diversosmĆ©todos de optimizaciĆ³n, que permiten obtener soluciones Ć³ptimas,dando cumplimiento a los objetivos de diseƱo propuestos, de formaautomĆ”tica y en un menor tiempo de trabajo. Esta investigaciĆ³n presentala aplicaciĆ³n de una serie de algoritmos metaheurĆsticos multiobjetivopara el diseƱo automĆ”tico de cerchas de gran escala. Se aplicaron losalgoritmos NSGA-II, MOPSO y AMOSA, y se consideraron estructuras reportadas en la literatura conformadas por un nĆŗmero elevado deelementos. El desempeƱo de los algoritmos se evaluĆ³ con base en el costocomputacional, el criterio del hipervolumen y el comportamiento quetienen los algoritmos al aumentar la cantidad de iteraciones por ciclode optimizaciĆ³n. El espacio de bĆŗsqueda usado en la optimizaciĆ³n 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 mĆ”s eficiente, seguido del AMOSAy del NSGA-II que mostrĆ³ un costo computacional mayor. Finalmente,vale la pena mencionar que los tiempos de cĆ”lculo fueron menores a unahora, para cerchas cercanas a los mil elementos.