20028

۲۰۰۲۸

طراحي بهينه سازه ها با درنظر گرفتن عدم قطعيت پارامترهاي سازه اي

كارشناسي ارشد

مهندسي زلزله

۹۵-۹۷

۱۳۹۷/۹/۲۸

دكتر محسنعلي شايانفر

دكتر علي خدام

عمران و محيط زيست

در طول سه دهه اخير، به علت پيشرفت هاي روش هاي محاسباتي، در دسترس بودن پردازنده هاي با سرعت بالا و همچنين نياز به انجام طرح هاي مقرون به صرفه، بهينه سازي سازه ها، به يك زمينه بسيار جذاب تحقيقاتي براي پژوهشگران تبديل شده است. بهينه سازي بر روي آيتم ها و متغيرهاي قطعي، بهينه سازي قطعي ناميده مي شود. در عين حال، همواره در شرايط واقعي، عدم قطعيت هايي ناشي از عدم دقت هاي مدل سازي و شبيه سازي و يا شرايط بهره برداري مانند تغييرات بارگذاري وجود داشته و بر عدم قطعيت پاسخ سازه ها تاثير گذار خواهند بود. با توجه به وجود عدم قطعيت هاي ذكر شده در هر مرحله از طراحي مهندسي و بهره برداري ؛ نياز به وارد كردن فاكتورهاي ايمني در محاسبات بهينه سازي قطعي وجود دارد. در صورتي كه طراحي اين نوع سازه ها يا به سازه هاي بيش از حد محافظه كارانه منتهي خواهد شد كه مؤثر نخواهد بود يا ممكن است تحت شرايطي منجر به يك طراحي غيرايمن شود. به منظور برطرف كردن اين مشكل ها روش طراحي ديگري موسوم به طراحي بهينه مبتني بر نظريه قابليت اطمينان اخيراً بسيار مورد توجه پژوهشگران قرار گرفته است. اين روش به دنبال يافتن بهترين حالت توازن بين كاهش هزينه و سطح ايمني رضايت بخش مي باشد. فرآيندي كه با بهينه سازي قطعي به دست نمي آيد . در اين رويكرد، ايمني طراحي بر پايه ي احتمال خرابي ارزيابي شده و همچنين عدم قطعيت هاي فوق الذكر با توزيع احتمالي متغيرهاي تصادفي مدل مي شوند. مؤلفه هاي مورد بررسي با تعريفي از حدود احتمال خرابي مقادير كاربردي، در بازه ي مقبول براي ايمني جاي خواهند گرفت. اين روش كاربردي براي سازه هاي مختلف مورد استفاده قرار مي گيرد. روش هاي متفاوتي تا به امروز براي حل مسائل بهينه سازي بر مبناي قابليت اعتماد پيشنهاد شده، اما به علت پيچيده بودن و زمان بر بودن حل اين مسايل، آنچه در بررسي و مقايسه بين اين روش ها اهميت پيدا مي كند ميزان كارايي آنها، به معني سطح دقت نتيجه نهايي و با وجود هزينه محاسباتي پايين و در عين حال دامنه ي كاربرد روش براي مثال هاي متفاوت مي باشد. در اين اثر پس از معرفي جديد ترين و كارآمد ترين روش ها براي حل مسايل بهينه سازي بر اساس قابليت اطمينان، روش شبيه سازي وزني به علت هزينه محاسباتي كم در عين دقت بالا براي شبيه سازي و الگوريتم كرم شب تاب براي بهينه سازي انتخاب شده و پس از شرح جزئيات اين روش در انتهاي كار با حل چهار مثال رياضي كه از مسائل كاربردي مهندسي انتخاب شده اند، مي پردازيم و با بررسي نتايج آن با ساير روش هاي متناظر در قابليت اعتماد از جمله روش هاي شناخته شده ي شبيه سازي مونت كارلو، روش مرتبه اول قابليت اعتماد و روش مرتبه دوم قابليت اعتماد ، پايايي و توانايي روش معرفي شده را ارزيابي مي كنيم. نتايج مثال هاي عددي در مقايسه با روش هاي ديگر پژوهشگران، بيانگر دقت و توانمندي روش پيشنهادي براي حل مسايل بهينه سازي بر مبناي قابليت اعتماد بررسي شده خصوصا مسايلي كه در آنها ابعاد متغير ها زياد نيست، مي باشد.

1397/11/13

Optimal Design of Structures Considering Uncertainty of Structural Parameters

12/19/2018 12:00:00 AM

Over the past three decades, due to improvements in computational methods, the availability of high-speed processors, and the need for cost-effective designs, optimization of structures has become an attractive research field for researchers. Optimization on items and deterministic variables is called deterministic optimization. However, in real conditions, uncertainties due to modeling and simulation errors, or operational conditions such as loading changes, are always present and will affect the uncertainty of the responses of the structures. Given the uncertainties mentioned at each step in engineering design and operation; there is a need to introduce safety factors in the final optimization calculations. While the design of these types of structures will lead to overly conservative structures that will not be effective or may lead to an unsafe design under conditions. In order to resolve these problems, another design method called reliability-based design optimization has recently been of great interest to researchers. This method seeks to find the best balance between cost savings and satisfactory safety levels. A process that can not be achieved with deterministic optimization. In this approach, design safety based on the probability of failure is evaluated, as well as the above uncertainties are modeled with the probability distribution of random variables. This method is used for various structures. Different methods have been proposed to solve the RBDO problems to date, but due to the complexity and timeliness of solving these issues, what matters in reviewing and comparing these methods, their efficiency level means the level of accuracy of the final result and despite the low computational cost, the range of application methods is different for examples. In this work, after introducing the most recent and most effective methods for solving optimization problems based on reliability, weighted simulation method is selected due to low computational cost with high precision for simulation and firefly algorithm for optimization. After describing the details of this method at the end of the paper, we will address the mathematical examples that are selected from engineering issues, and examine its results with other relevant reliability methods, including the well-known methods of Monte Carlo Simulation and FORM and SORM, we evaluate the reliability and capability of the proposed method. The results of numerical examples compared with other methods of research indicate that the proposed method is accurate and feasible to address the reliability issues examined, especially those in which the dimensions of the variables are not high.