14356

14356

مدلسازي و بررسي گسترش عدم قطعيت هاي پارامتريك در تحليل قابليت اعتماد سازه ها

دكتري

مهندسي زلزله

اسفند ماه 1393

اسفند ماه 1393

دكتر رضا عباس نيا - دكتر محسنعلي شايانفر

عمران

چكيده وجود عدم قطعيت‌ها در هر مرحله‌اي از تحليل، طراحي و ساخت سازه‌هاي مهندسي، سبب توسعه روزافزون روش‌هاي احتمالاتي و قابليت اعتماد در تحليل و طراحي سازه‌ها شده است. عدم قطعيت‌هاي موجود در پارامترهاي بارگذاري و مقاومت اجزاي سيستم‌هاي باربر ساز‌ه‌اي از مهم‌ترين عوامل تاثيرگذار بر عدم‌قطعيت پاسخ سازه‌ها مي‌باشند. با‌اين‌حال، محدوده پاسخ سازه‌ها‌ و احتمال خرابي آن‌ها با استفاده از روش‌هاي احتمالاتي قابل محاسبه مي‌باشد. از طرفي طراحي سازه بدون در نظر گرفتن عدم قطعيت‌ها مي‌تواند منجر به طراحي غيرايمن شود. بنابراين، روش‌هاي طراحي بهينه بر مبناي قابليت اعتماد سازه‌ها به عنوان يك ابزار بسيار مفيد براي طراحي ايمن و اقتصادي مورد توجه بسياري از پژوهشگران مهندسي سازه قرارگرفته‌است. در اين رساله روش‌هاي جديدي براي طراحي بهينه سازه‌ها بر اساس تئوري قابليت اعتماد ارائه شده‌است. اين روش‌ها از توانايي بالاي جستجو و بهينه‌سازي روش الگوريتم ژنتيك و همچنين كارايي محاسباتي روش مرتبه اول قابليت اعتماد براي طراحي بهينه سازه‌هاي شامل مدلسازي اجزاي محدود استفاده مي‌كنند. بدين منظور سه روش مختلف الگوريتم ژنتيك با شيوه‌هاي كدكردن مختلف براي بهينه سازي تابع هدف توسعه داده شده‌اند. در روش‌هاي پيشنهادي، ارزيابي قيدهاي احتمالاتي مساله با استفاده از روش اجزاي محدود مبتني بر قابليت اعتماد انجام گرفته و شاخص قابليت اعتماد براي حالات حدي مختلف محاسبه مي‌شود. از مزاياي برجسته روش‌هاي پيشنهادي، قابليت حل مسائل شامل مدل اجزاي محدود و همچنين مسائل گسسته طراحي بهينه مبتني بر قابليت اعتماد مي‌باشند. براي محاسبه احتمال خرابي در روش اجزاي محدود مبتني بر قابليت اعتماد، محاسبات آناليز حساسيت مورد نياز براي ارزيابي احتمال خرابي توسط روش مشتق‌گيري مستقيم به جاي روش مرسوم تفاضلات محدود انجام مي‌گيرد. با اين هدف روش مرتبه اول براي سيستم هاي اجزاي محدود با المان‌هاي خرپا، قاب و المان چهارگرهي توسعه داده شده است. استفاده از روش مشتق‌گيري مستقيم براي آناليز حساسيت منجر به كاهش تعداد ارزيابي توابع حالت حدي و در پي آن تعداد تحليل‌هاي سازه‌اي شده و كارايي محاسباتي روش‌هاي پيشنهادي را بهبود مي‌بخشد. به علاوه، روش آناليز حساسيت ارائه شده ميزان گسترش عدم قطعيت‌ها و اهميت و تاثير هريك از پارامترهاي عدم قطعيت در تحليل قابليت اعتماد سازه را به دست مي‌دهد. به منظور ارزيابي روش‌هاي ارائه شده براي طراحي مبتني بر قابليت اعتماد، مثال‌هاي عددي متنوعي شامل مثال‌هاي رياضي و كاربردي شامل سازه‌هايي با المان خرپا، قاب و المان دوبعدي مورد بررسي قرار گرفته‌اند و نتايج آنها با استفاده از روش مونت‌كارلو كنترل شده‌اند. نتايج مثال‌هاي عددي و مقايسه آن‌ها با روش‌هاي ارائه شده توسط ساير محققين نشان دهنده دقت و كارايي بالاي روش‌هاي پيشنهادي به خصوص براي سازه‌هايي شامل مدل اجزاي محدود مي‌باشد. واژه‌هاي كليدي: طراحي بهينه برمبناي قابليت اعتماد، روش اجزاي محدود مبتني بر قابليت اعتماد، آناليز حساسيت، روش مشتق‌گيري مستقيم، الگوريتم‌هاي ژنتيك.