Parallel evolutionary algorithms in shape optimization of heat radiators

• Autorzy: Burczyński T. , Długosz A. , Kuś W.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie równoległego algorytmu ewolucyjnego do optymalizacji kształtu radiatorów

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper deals with the application of Parallel Evolutionary Algorithms (PEA) and the Finite Element Method (FEM) in shape optimization of heat radiators. The fitness function is computed with the use of the coupled thermoelsticity modelled by MARC/MENTAT software. The geometry, mesh and boundary conditions are created on the basis of a script language implemented in MENTAT. In order to reduce the number of design parameters in evolutionary algorithms, the shape of the structure is modelled by Bezier curves. Numerical examples for some shape optimization are included.

PL

W pracy przedstawiono zastosowanie algorytmów ewolucyjnych oraz metody elementów skończonych (MES) w optymalizacji kształtu radiatorów. Zastosowano algorytm ewolucyjny, w którym funkcja celu wyznaczana jest w sposób równoległy, więc obliczenia przeprowadzane mogą być na wielu komputerach wieloprocesorowych. Tego typu podejście znacznie skraca czas obliczeń w porównaniu do sekwencyjnego algorytmu ewolucyjnego. Wartość funkcji celu wyznaczana jest na podstawie rozwiązania zagadnienia termosprężystości z wykorzystaniem oprogramowania MES MARC/MENTAT. Przy rozwiązywania zagadnienia bezpośredniego uwzględniany jest radiacyjny strumień ciepła. Wyznaczenie stref zacieniania, niezbędnych do jego wyznaczenia, realizowane jest również za pomocą procesora MENTAT. W celu zmniejszenia liczby zmiennych projektowych przy modelowaniu geometrii radiatora wykorzystano krzywe Beziera. Ponadto praca zawiera przykłady numeryczne optymalizacji dla różnych konfiguracji warunków brzegowych.

Słowa kluczowe

EN

coupled thermoelasticity; radiation; finite element method; parallel evolutionary algorithm; evolutionary optimization; shape optimization

• Wydawca: Polskie Towarzystwo Mechaniki Teoretycznej i Stosowanej
• Czasopismo: Journal of Theoretical and Applied Mechanics
• Rocznik: 2006
• Tom: Vol. 44 nr 2
• Strony: 351--366
• Opis fizyczny: Bibliogr. 27 poz., rys., tab.

Twórcy

autor

Burczyński T.

autor

Długosz A.

autor

Kuś W.

• Department for Strengthof Materials and Computational Mechanics, Silesian University of Technology and Artificial Intelligence Department, Cracow UNiversity of Technology,

Bibliografia

• 1. Arabas J., 2001, Wykłady z algorytmów ewolucyjnych, WNT
• 2. Beer G., 1983, Finite element, boundary element and coupled analysis of unbounded problems in elastostastics, Int. J. Numer. Meth. Eng., 19, 567-580
• 3. Białecki R.A., Burczyński T., Długosz A., Kuś W., Ostrowski Z., 2003a, Parallel evolutionary algorithms in optimization of thermoelastic structures in the presence of radiation, Symposium on Methods of Artificial Intelligence AI-METH 2003, Gliwice
• 4. Białecki R.A., Burczyński T., Długosz A., Kuś W., Ostrowski Z., 2003b, Shape optimization of thermoelastic heat radiating bodies using evolutionary algorithms, 15th International Conference on Computer Methods in Mechanics CMM-2003, Wisła
• 5. Białecki R.A., Burczyński T., Długosz A., Kuś W., Ostrowski Z., 2005, Evolutionary shape optimization of thermolastic bodies exchanging heat by convection and radiation, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 194, 1839-1859
• 6. Burczyński T., Beluch W., Długosz A., Kuś W., Orantek P., 2002, Evolutionary computation in structural optimization, 4th GRACM Congress on Computational Mechanics, Patras, Greece
• 7. Burczyński T., Długosz A., 2001, Application of boundary element method in identification problems of thermoelasticity, Electronic Journal of Boundary Elements, BETEQ, 3, http://tabula.rutgers.edu/EJBE/proceedings/2001/no3/
• 8. Burczyński T., Długosz A., 2002, Evolutionary optimization in thermoelastic problems using boundary element method, Computational Mechanics, 28, 3-4, Springer, Berlin
• 9. Burczyński T., Długosz A., Kuś W., 2004, Shape optimization of heat radiators using parallel evolutionary algorithms, Short papers of the Symposium on Methods of Artificial Intelligence AI-METH 2004, Gliwice
• 10. Burczyński T., Kuś W. 2002, Distributed evolutionary algorithms in shape optimization of nonlinear structures, Lectures Notes on Computational Science, Springer
• 11. Burczyński T., Kuś W., 2004, Optimization of structures using distributed and parallel evolutionary algorithms, Parallel Procesing and Applied Mathematics, PPAM2003, Revised papers, Lecture Notes on Computational Sciences, 3019, Springer, 572-579
• 12. Burczyński T., Kuś W., Długosz A., Poteralski A., Szczepanik M., 2004, Sequential and distributed evolutionary computations in structural optimization, ICAISC International Conference on Artificial Intelligence and Soft Computing, Lecture Notes on Artificial Intelligence, 3070, Springer
• 13. Cantu-Paz E., 1998, A survey of parallel genetic algorithms, Calculaterus Parallelus, Reseaux et Systems Reparits, 10, 2, 141-171, Herems Paris
• 14. Cantu-Paz E., 1999, Migration policies, selection pressure, and parallel evolutionary algorithms, In: Late Breaking Papers at the Genetic and Evolutionary Computation Conference, Orlando FL, Brave S., Wu. A. (Edit.)
• 15. Cantu-Paz E., 2000, On the effect of migration on the fitness distribution of parallel evolutionary algorithms, In: Workshop on Evolutionary Computation and Parallel Processing at GECCO-2000, Las Vegas, NV, 3-6
• 16. Długosz A., 2001, Boundary element method in sensitivity analysis and optimisation of thermoelastic structures, PhD Thesis, Silesian University of Technology, Gliwice (in Polish)
• 17. Długosz A., 2004, Evolutionary computation in thermoelastic problems, IUTAM Symposium on Evolutionary Methods in Mechanics, T. Burczyński, A. Osyczka (Edit.), Kluwer, Dordrecht, 69-80
• 18. Gordon V.S., Whitley D., 1993, Serial and parallel genetic algorithms as function optimizers, International Conference on Genetic Algorithms, S. Forrest (Edit.), Morgan Kaufmann
• 19. Holland J.H., 1975, Adaptation in Natural and Artificial Systems, The Univ. of. Michigan Press, Ann Arbor
• 20. Michalewicz Z. 1996, Genetic Algorithms + Data Structures = Evolutionary Programs, Springer Verlag, Berlin, New York
• 21. Modest M., 1993, Radiative Heat Transfer, McGraw Hill, New York
• 22. MSC.MARC Theory and user information, Vol. A-D, MSC Software Corporation, 2001
• 23. Siegel H., Howell J.R., 1992, Thermal Radiation Heat Transfer, 3rd ed. Hemisphere, Washington DC
• 24. Tanese R., 1989, Distributed genetic algorithms, Proc. 3rd ICGA, 434-439, J.D. Schaffer (Edit.), San Mateo, USA
• 25. Zienkiewicz O.C., Taylor R.L., 2000a, The Finite Element Method, 1-2, Butterworth, Oxford
• 26. Zienkiewicz O.C., Taylor R.L., 2000b, The Finite Element Method. Nonlinear, 2, Butterworth, Oxford
• 27. Zienkiewicz O.C., Taylor R.L., 2000c, The Finite Element Method. The Fluid Mechanics, 3, Butterworth, Oxford