17203

17203

طراحي لرزه‌اي بهينه سازه‌هاي اسكلتي پرمتغير

دكتري

زلزله

ارديبهشت ماه 1396

دكتر علي كاوه

عمران

چكيده بهينه سازي با استفاده از الگوريتم‌هاي فراابتكاري هنگامي كه تعداد متغيرهاي طراحي افزايش مي‌يابند يا اندازه ي مسئله بزرگ مي‌شود، معمولاً ناكارآمد مي‌شود زيرا كاوش در يك فضاي طراحي بزرگ، كار آساني براي الگوريتم بهينه ساز نخواهد بود. در اين رساله، الگوريتم تركيبي MDVC-UVPS براي طراحي بهينه سازه‌هاي اسكلتي بزرگ مقياس معرفي مي‌شود. اين روش بر مبناي الگوريتم سيستم ذرات نوساني (VPS)، روش كران بالا (UBS) و بهينه‌سازي آبشاري با چندين پيكربندي متغيرهاي طراحي (MDVC) مي‌باشد. الگوريتم VPS يك الگوريتم فراابتكاري مبتني بر جمعيت است كه از ارتعاش آزاد سيستم يك درجه آزاد با ميرايي الهام گرفته شده است و روشي مناسب براي طراحي بهينه سازه‌ها مي‌باشد. با بكارگيري مفاهيم UBS در روش تركيبي، برخي از تحليل‌هاي غيرضروري سازه در فرآيند بهينه‌سازي انجام نمي‌شود كه نتيجه ي آن كاهش زمان محاسباتي مي‌باشد. علاوه بر اين، مسئله در چند مرحله متوالي حل مي‌شود كه در هر مرحله، از پيكربندي‌هاي مختلفي براي متغيرهاي طراحي استفاده شده است؛ بدين ترتيب از پيچيدگي‌هاي مسئله كاسته مي‌شود. طراحي بهينه گنبدها تحت قيدهاي فركانسي، طراحي بهينه آنتن‌ها تحت قيدهاي مقاومتي و تغييرمكاني و طراحي لرزه‌اي بهينه قاب‌هاي فضايي فولادي به عنوان مسائل شاخص جهت ارزيابي عملكرد الگوريتم پيشنهادي در نظر گرفته مي‌شوند. كاهش قابل توجه زمان محاسباتي و عملكرد بهتر روش MDVC-UVPS براي تمام مثال‌هاي مورد بررسي، كارآمدي الگوريتم پيشنهادي براي مسائل بهينه‌سازي سازه‌اي را نشان مي‌دهد. واژه هاي كليدي: طراحي لرزه‌اي بهينه، سازه‌هاي اسكلتي، الگوريتم‌هاي فراابتكاري، سيستم ذرات نوساني، بهينه‌سازي آبشاري.

1396/02/09

9/23/2017 12:00:00 AM

Abstract Optimization using meta-heuristic algorithms is usually inefficient when the number of design variables o​r size of the problem is excessive, since searching in a large design space is highly time consuming for optimization algorithms. In this thesis, a hybrid algorithm that is called MDVC-UVPS is introduced to perform design optimization of large-scale skeletal structures. This method is based on vibrating particles system (VPS) algorithm, upper bound strategy (UBS), an​d multi design variable configurations (MDVC) cascade optimization. The VPS algorithm is a population-based meta-heuristic algorithm which is originated from damped free vibration of a single degree of freedom system an​d it is proven to be a suitable method for optimal design of structures. By employing the UBS concepts in the hybrid method, some of the unnecessary structural analyses are avoided in the course of optimization. Therefore, the computational time is reduced. Additionally, the problem is solved in consecutive stages, where different design variable configurations are utilized at each cascade optimization stage to reduce the complexity of the problem. Optimal design of dome shaped trusses with frequency constraints, optimal design of antennas with strength an​d displacement constraints an​d optimum seismic design of steel space frames are considered as benchmark examples to eva​luate the performance of the proposed method. Significant reduction in computational time an​d better performance of the MDVC-UVPS method for all the investigated design examples show the effectiveness of the proposed method for structural optimization problems. Keywords: Optimum seismic design, skeletal structures, meta-heuristic algorithms, vibrating particles system, cascade optimization.