شماره ركورد
26765
پديد آورنده
فاطمه سعادتمند
عنوان
توسعه رهيافت ارزيابي عملكرد براي طراحي بهينه برمبناي قابليت اعتماد با قيود احتمالاتي به شدت غيرخطي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي عمران-زلزله
سال تحصيل
1400-1401
تاريخ دفاع
1401/4/6
استاد راهنما
دكتر مجيد ايلچي قزاآن
دانشكده
مهندسي عمران
چكيده
در تمام مسائل مهندسي، وجود پارامترهاي تصادفي از قبيل ابعاد مقاطع، خطاي ساخت، مقادير بارهاي وارده، خصوصيات و مقاومت مواد و مصالح استفادهشده غير قابل اجتناب است كه در نظر نگرفتن اين عدم قطعيتها خصوصاً در طراحيهاي بهينه ممكن است به نتايج فاجعهآميزي منجر شود. بنابراين بهتر است انجام طراحيهاي بهينه با درنظرگرفتن احتمال خرابي سيستم همراه باشد كه با تعريف يك يا چند قيد احتمالاتي و محاسبه قابليت اعتماد براي اين قيود بر اساس مقادير بدستآمده از الگوريتم بهينهيابي انجام ميشود. در طي ساليان گذشته، روشهاي متنوعي براي محاسبه و ارزيابي قابليت اعتماد ابداع و استفاده شدهاست . يكي از اين دسته روشها، استفاده از روشهاي قابليت اعتماد مرتبه اول است. در اين تحقيق سعي شدهاست مروري مفصل بر روشهاي قابليت اعتماد مرتبه اول در دو دستهبندي كلي روشهاي مبتني بر محاسبه شاخص قابليت اعتماد و روشهاي مبتني بر ارزيابي تابع عملكرد بهمراه مثالهاي پركاربرد و توابع معياري كه در پژوهش هاي مختلف بررسي شدهاند، انجام گيرد. سپس، مروري بر روشهاي مختلف بهينهيابي براساس قابليت اطمينان صورت گرفته شده است. در انتها، با الهام از روشهاي محاسبه قابليت اعتماد، بمنظور افزايش سرعت و دقت همگرايي روشهاي مرتبه اول و طراحي بهينه براساس قابليت اعتماد، دو روش جديد آناليز قابليت طمينان مبتني بر رويكرد ارزيابي تابع عملكرد پيشنهاد شدهاند.
روش پيشنهادي اول، يك روش دومرحلهايست به گونهاي كه در مرحله نخست، نوع تابع عملكرد در هر تكرار براساس شروط جديدي كه در اين پژوهش معرفي شده، تعيين ميگردد. اين شروط، با در نظر گرفتن بردار نرمال گراديان، بردار مكان و زاويه بين هر كدام درسه تكرار متوالي ارائه شدهاند. سپس، يك طول گام اوليه و بنابرآن، نقطه جديد، متناظر با نوع تابعِ تشخيص دادهشده، محاسبه ميگردد. در مرحله دوم نيز، نقطه محاسبه شده، توسط شرطي ديگر كه مبني بر زاويه بين دو بردار نرمال گراديان متوالي است، ارزيابي ميشود. در صورتيكه اين شرط ارضا شود، اين تكرار جديد پذيرفته شده و در غير اينصورت، با اصلاح طول گام، نقطه جديد در تكرار حاضر محاسبه ميگردد تا زمانيكه شرط مربوطه اقناع گردد. روش پيشنهادي دوم نيز، روشي ساده است كه نياز به شناسايي نوع تابع عملكرد ندارد. در اين روش، تنها يك شرط بر اساس زاويه بين بردار نرمال مكان و بردار نرمال منفي گراديان در دو تكرار متوالي معرفي شده است كه در فصل مربوطه مفصل به آن پرداخته خواهد شد. پارامتر كنترل طول گام از مقدار واحد در تكرار اول شروع شده و در هرتكرار، براساس شرط مذكور اصلاح ميگردد. رابطه پيشنهاد شده براي اصلاح كنترل پارامتر و به تبع آن، طول گام نيز يك تابع نمايي بوده كه روندي سريع و كارا را براي الگوريتم پيشنهادي فراهم ميكند.
دقت، سرعت و كارايي روشهاي پيشنهادي در فيلدهاي رياضياتي و سازهاي در ارزيابي قابليت اعتماد و همچينين در طراحي بهينه براساس قابليت اطمينان مورد بررسي قرار گرفتهاست كه نتايج حاصل از آنها با روشهاي به روز و اخيراً توسعه داده شده، مقايسه گشتهاند. نتايج حاكي از آن دارد كه روشهاي پيشنهادي فوقالذكر، رويكردهايي كارامد، با نرخ همگرايي بالا و دقت قابل قبول براي حل مسائل مهندسي مربوط به قابليت اعتماد بوده و قادر به ارائه عملكردي رقابتي در طراحي بهينه براساس قابليت اعتماد با قيود احتمالاتي با درجات غيرخطي شديد هستند.
تاريخ ورود اطلاعات
1401/04/19
عنوان به انگليسي
Development of a performance measure approach for reliability-based design optimization with highly-nonlinear probabilistic constraints
تاريخ بهره برداري
6/27/2023 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
فاطمه سعادتمند
چكيده به لاتين
In all engineering problems, the existence of random parameters such as section dimensions, construction error, load values, properties and strength of materials is inevitable. Thus, ignoring these uncertainties, especially in optimal designs can lead to catastrophic results and fatal failures. Therefore, it is better to perform optimization process by considering the probability of system failure, which is done by defining one or more probabilistic constraints and calculating the system reliability for them based on the values obtained from the optimization loop. Over the years, a variety of methods have been developed and used to calculate and evaluate reliability. One of these methods is to use first-order reliability methods. In this research, a detailed review of first-order reliability methods has been attempted in two general categories of methods based on calculating reliability index and methods based on performance function evaluation along with commonly used examples and benchmark limit state functions that have been studied in various studies. Then, a review of different optimization methods based on reliability has been done. Finally, inspired by the various methods of calculating reliability, in order to increase the speed and accuracy of convergence of first-order methods especially in Reliability-based design optimization with highly nonlinear constraints, two new methods based on modified chaos control and adaptive step length selection are presented.
The first proposed method is a two-stage method in which in the first step, the type of performance function in each iteration is determined based on the new conditions introduced in this study. These conditions are presented by considering the normal gradient vector, the location vector, and the angle between each in three consecutive iterations. Then, an initial step length and therefore a new point corresponding to the type of function detected is calculated. In the second step, the calculated point is evaluated by another condition, which is the angle between two normal negative gradient vectors. If this condition is satisfied, this new iteration is accepted, otherwise, by modifying the step length, the new iterative point in the present iteration is computed until the relevant condition is satisfied. The second proposed method is a simple method that does not need to identify the type of performance function. In this method, only one condition based on the angle between the normal location vector and the negative normal gradient vector in two consecutive iterations is introduced, which will be discussed in detail in the relevant chapter. The step length control parameter starts from the unity in the first iteration and is modified in each iteration based on the mentioned condition. The proposed relationship to modify the parameter control and, consequently, the step length is also an exponential function that provides a fast and efficient process for the proposed algorithm.
The accuracy, speed and efficiency of the proposed methods in mathematical and structural fields in reliability assessment as well as in design optimization based on reliability have been studied and the results are compared with up-to-date and recently developed methods. The results indicate that the above proposed methods are efficient approaches with high convergence rate and acceptable accuracy to solve engineering problems related to reliability and are able to provide competitive performance in Reliability-based design optimization with strictly nonlinear probabilistic constraints.
كليدواژه هاي فارسي
قابليت اعتماد مرتبه اول , شاخص قابليت اعتماد , بهينه سازي براساس قابليت اعتماد , قيود غيرخطي شديد
كليدواژه هاي لاتين
first-order reliability method , reliability index , reliability-based design optimization , highly nonlinear constraints
Author
Fatemeh Saadatmand
SuperVisor
Dr. Majid Ilchi Ghazaan