Metodología basada en algoritmos genéticos y programación en paralelo para el diseño óptimo de armaduras de acero
La optimización de estructuras mediante la implementación de metodologías metaheurísticas ha sido una temática ampliamente estudiada en las últimas décadas. Los problemas de diseño estructural requieren del análisis de un gran número de variables complejas y por ende demandan un amplio uso de recurs...
- Autores:
- Tipo de recurso:
- masterThesis
- Fecha de publicación:
- 2014
- Institución:
- Pontificia Universidad Javeriana
- Repositorio:
- Repositorio Universidad Javeriana
- Idioma:
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- OAI Identifier:
- oai:repository.javeriana.edu.co:10554/12670
- Palabra clave:
- Optimización
Algoritmos genéticos
Elitismo
Paralelismo
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Multi-cromosoma
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Genetic algorithms
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Algoritmos paralelos
Maestría en ingeniería civil - Tesis y disertaciones académicas
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La optimización de estructuras mediante la implementación de metodologías metaheurísticas ha sido una temática ampliamente estudiada en las últimas décadas. Los problemas de diseño estructural requieren del análisis de un gran número de variables complejas y por ende demandan un amplio uso de recursos computacionales. Este trabajo propone un algoritmo genético multi-cromosoma paralelo para resolver el problema de optimización de armaduras de acero 3-D, desarrollado en la plataforma JAVA®, el cual utilizó un cromosoma binario para determinar el mejor conjunto de perfiles y un cromosoma real para auto-adaptar los parámetros genéticos durante la optimización. Para el diseño de las armaduras se empleó un programa de elementos finitos desarrollado en MatLab®. El desempeño del algoritmo serial propuesto es evaluado mediante tres armaduras reportadas en la literatura (25, 72 y 112 miembros) y el uso de tres medidas de desempeño: costo final, desviación estándar entre ejecuciones y número de evaluaciones de la función objetivo. Con el fin de mejorar la eficiencia computacional, el algoritmo genético es paralelizado empleando el modelo de islas e hilos y evaluado mediante una armadura de 200 elementos y una de 354 elementos. Se obtiene que con la metodología propuesta los pesos finales son más bajos y con un uso significativamente menor de recursos computacionales en relación a otros algoritmos de optimización, debido a que los parámetros genéticos no son constantes y se evalúan distintas soluciones simultáneamente, pero con intercambios periódicos de individuos, garantizando la diversidad del espacio de búsqueda durante el proceso evolutivo. |
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Este trabajo propone un algoritmo genético multi-cromosoma paralelo para resolver el problema de optimización de armaduras de acero 3-D, desarrollado en la plataforma JAVA®, el cual utilizó un cromosoma binario para determinar el mejor conjunto de perfiles y un cromosoma real para auto-adaptar los parámetros genéticos durante la optimización. Para el diseño de las armaduras se empleó un programa de elementos finitos desarrollado en MatLab®. El desempeño del algoritmo serial propuesto es evaluado mediante tres armaduras reportadas en la literatura (25, 72 y 112 miembros) y el uso de tres medidas de desempeño: costo final, desviación estándar entre ejecuciones y número de evaluaciones de la función objetivo. Con el fin de mejorar la eficiencia computacional, el algoritmo genético es paralelizado empleando el modelo de islas e hilos y evaluado mediante una armadura de 200 elementos y una de 354 elementos. Se obtiene que con la metodología propuesta los pesos finales son más bajos y con un uso significativamente menor de recursos computacionales en relación a otros algoritmos de optimización, debido a que los parámetros genéticos no son constantes y se evalúan distintas soluciones simultáneamente, pero con intercambios periódicos de individuos, garantizando la diversidad del espacio de búsqueda durante el proceso evolutivo.The optimization of structures by implementing metaheuristic methodologies has been a topic widely studied in recent decades. Structural design problems require the analysis of a large number of complex variables that require extensive use of computational resources. This study presents a parallel multi- chromosome genetic algorithm to solve the optimization of 3-D trusses problem, developed in JAVA®, which used a binary chromosome to determine the best set of profiles and a real chromosome to self-adapt the genetic parameters during optimization. For the truss design a finite element program, developed in MatLab®, was used. The performance of the proposed serial algorithm is evaluated using three trusses reported in the literature (25, 72 and 112 members) and by three performance measures: final cost, standard deviation between runs and number of evaluations of the objective function. To improve computational efficiency, the genetic algorithm is parallelized using the island model and threads, and evaluated by the design of a 200-member truss and a 354-member truss. The results have shown that the proposed methodology outperformed other algorithms proposed in the literature, both in terms of final weight and computational cost, because the genetic parameters are not constant and different solutions are evaluated simultaneously, but with regular exchanges of individuals, ensuring the diversity of the search space during the evolutionary process.Magíster en Ingeniería CivilMaestríaPontificia Universidad JaverianaMaestría en Ingeniería CivilFacultad de IngenieríaVillalba Morales, Jesús Daniel2015-01-19T00:26:38Z2016-01-13T21:00:48Z2020-04-16T17:50:44Z2015-01-19T00:26:38Z2016-01-13T21:00:48Z2020-04-16T17:50:44Z2014http://purl.org/coar/version/c_ab4af688f83e57aaTesis/Trabajo de grado - Monografía - Maestríahttp://purl.org/coar/resource_type/c_bdccinfo:eu-repo/semantics/masterThesisinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionPDFapplication/pdfapplication/pdfapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10554/12670https://doi.org/10.11144/Javeriana.10554.12670instname:Pontificia Universidad Javerianareponame:Repositorio Institucional - Pontificia Universidad Javerianarepourl:https://repository.javeriana.edu.cospaAtribución-NoComercial-SinDerivadas 4.0 Internacionalhttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/info:eu-repo/semantics/openAccessDe acuerdo con la naturaleza del uso concedido, la presente licencia parcial se otorga a título gratuito por el máximo tiempo legal colombiano, con el propósito de que en dicho lapso mi (nuestra) obra sea explotada en las condiciones aquí estipuladas y para los fines indicados, respetando siempre la titularidad de los derechos patrimoniales y morales correspondientes, de acuerdo con los usos honrados, de manera proporcional y justificada a la finalidad perseguida, sin ánimo de lucro ni de comercialización. De manera complementaria, garantizo (garantizamos) en mi (nuestra) calidad de estudiante (s) y por ende autor (es) exclusivo (s), que la Tesis o Trabajo de Grado en cuestión, es producto de mi (nuestra) plena autoría, de mi (nuestro) esfuerzo personal intelectual, como consecuencia de mi (nuestra) creación original particular y, por tanto, soy (somos) el (los) único (s) titular (es) de la misma. Además, aseguro (aseguramos) que no contiene citas, ni transcripciones de otras obras protegidas, por fuera de los límites autorizados por la ley, según los usos honrados, y en proporción a los fines previstos; ni tampoco contempla declaraciones difamatorias contra terceros; respetando el derecho a la imagen, intimidad, buen nombre y demás derechos constitucionales. Adicionalmente, manifiesto (manifestamos) que no se incluyeron expresiones contrarias al orden público ni a las buenas costumbres. En consecuencia, la responsabilidad directa en la elaboración, presentación, investigación y, en general, contenidos de la Tesis o Trabajo de Grado es de mí (nuestro) competencia exclusiva, eximiendo de toda responsabilidad a la Pontifica Universidad Javeriana por tales aspectos. Sin perjuicio de los usos y atribuciones otorgadas en virtud de este documento, continuaré (continuaremos) conservando los correspondientes derechos patrimoniales sin modificación o restricción alguna, puesto que, de acuerdo con la legislación colombiana aplicable, el presente es un acuerdo jurídico que en ningún caso conlleva la enajenación de los derechos patrimoniales derivados del régimen del Derecho de Autor. De conformidad con lo establecido en el artículo 30 de la Ley 23 de 1982 y el artículo 11 de la Decisión Andina 351 de 1993, “Los derechos morales sobre el trabajo son propiedad de los autores”, los cuales son irrenunciables, imprescriptibles, inembargables e inalienables. En consecuencia, la Pontificia Universidad Javeriana está en la obligación de RESPETARLOS Y HACERLOS RESPETAR, para lo cual tomará las medidas correspondientes para garantizar su observancia.http://purl.org/coar/access_right/c_abf2reponame:Repositorio Universidad Javerianainstname:Pontificia Universidad Javerianainstacron:Pontificia Universidad Javeriana2022-04-29T16:46:19Z |