17858

17858

بهبود روش هاي شبيه سازي جهت بهينه سازي طراحي مبتني بر اعتمادپذيري

دكتري

سازه

شهريور 1396

دكتر محسنعلي شايانفر - دكتر محمدعلي برخورداري

عمران

عدم قطعيت، جزئي جدايي ناپذير در يك سيستم مهندسي است و هر گونه طراحي و تحليل بدون لحاظ كردن اين عدم قطعيتها داراي نقصان مي‌باشد. يكي از ابزارهاي در دسترس براي تحليل اثر عدم قطعيت روي سيستمهاي مهندسي، تئوري قابليت اعتماد مي‌باشد كه مبتني بر تئوري آمار و احتمالات است. معمولاً به دليل بار محاسباتي بالا و يا تقريب زياد، اين روش‌ها تا كنون كاربرد گسترده‌اي در مسائل عملي مهندسي نداشته‌اند؛ اما با افزايش روزافزون توان محاسباتي رايانه‌ها از يك سو و بهبود روش‌هاي تحليل اعتمادپذيري از سوي ديگر، تحليل و طراحي سيستمهاي مهندسي با رويكرد مبتني بر قابليت اعتماد به بخشي جدا ناشدني از يك پروسه مهندسي تبديل مي‌شود. يك گروه از روش‌هاي تحليل قابليت اعتماد روش‌هاي مبتني بر جمعيتهاي تصادفي و يا روش‌هاي شبيه‌سازي است. از چالشهاي عمده‌اي كه اين روش‌ها با آن درگيرند هزينه بالاي محاسباتي است. تاكنون روش‌هاي شبيه‌سازي پيشرفته‌اي با عملكرد بهتر و هزينه محاسباتي پايين‌تري نسبت به روش‌هاي ابتدايي پيشنهاد شده‌اند. در همين راستا هدف اصلي پايانامه حاضر بهبود روش‌هاي موجود شبيه سازي است. در ادامه چهار روش بهبود يافته ارائه مي‌شوند و با استفاده از مثال‌هاي معيار شناخته شده، عملكردشان سنجش شده و با روش‌هاي موجود مقايسه مي‌گردند. در يكي از روش‌هاي پيشنهادي، نمونه‌گيري شعاعي در تركيبب با نمونه‌گيري اهميت محور، روشي تطبيقي را ايجاد مي‌كند. در كار ديگري با استفاده همزمان زنجيره ماركوف و يك روش نمونه‌گيري تطبيقي، روشي با عملكردي به مراتب بهتر از روش اصلي ايجاد شده است. روش نمونه‌گيري خطي جديدي با قابليت تطبيق پذيري ابداع شده كه نتايج قابل قبولي را از خود نشان مي‌دهد و در كار ديگري با استفاده از روش‌هاي شبيه‌سازي، دقت روش تحليل اعتمادپذيري مرتبه اول بهبود يافته و از طرف ديگر هزينه محاسباتي روش مونت‌كارلو كاهش مي‌يابد. عملكرد و كارايي هر يك از اين روش‌ها به كمك توابع حدي رياضي و سازه‌اي سنجيده شده و با روش‌هاي موجود مقايسه شده است. در پايان هر فصلِ مربوط به هر كدام از روش‌هاي پيشنهادي، هر روش براي طراحي بهينه يك سازه خرپاي دو بعدي با قيدهاي قطعيتي و احتمالاتي به كار گرفته شده‌است. در قسمت نتيجه گيري نيز هر چهار روش با هم مقايسه شده و نقاط قوت و ضعف آنها برشمرده شده است.

1396/07/11

1/1/1900 12:00:00 AM

Uncertainty is an integral part of an engineering system and any design and analysis without considering these uncertainties is deficient. Reliability analysis based on probability theory is one of the existing tools to analyze the effect of uncertainties on the engineering systems. Commonly because of high computational burden or low accuracy, these methods have not yet been widely used in practical engineering issues; but by continual increase of computers’ computational power on one hand and improvement of reliability methods on the other hand, reliability-based analysis and design are becoming indispensable in an engineering process. Methods based on random populations that are also known as simulation methods form one group of reliability analysis methods. One of the challenges that these methods deal with is the high computational cost. Numerous advanced simulation methods with better performance and lower computational expenses than the primary methods have so far been put forward. With this regard, the main objective of the present dissertation is to improve the existing simulation methods. In the following, four improved simulation methods are proposed and their performance is examined and compared with existing methods through well-known benchmark problems. In one of the proposed approaches, directional sampling in combination with the importance sampling forms an adaptive simulation technique. In another effort, using the Markov chain in conjunction with a newly proposed adaptive importance sampling technique, a method with far better performance than the original importance sampling method is created. As another case, a new line sampling with adaptability is proposed which shows acceptable performance and finally, employing the Monte Carlo simulation, the accuracy of the first order reliability method is improved and on the other hand, the computational burden of Monte Carlo method is decreased. Performance and efficiency of each of these methods is examined via mathematical and structural limit states and compared to existing methods. At the end of each chapter corresponding to each method, the method is employed to solve a reliability based design optimization of planar truss with deterministic and probabilistic constraints. At the conclusion section, all of the four methods are compared and their strength and weaknesses are counted.