شماره ركورد
34846
پديد آورنده
فرشاد ثمر
عنوان
ارائهي يك چارچوب جديد مبتني بر يادگيري ماشين براي طراحي بهينهي سازهها
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
عمران - سازه
سال تحصيل
1401
تاريخ دفاع
1404/7/27
استاد راهنما
دكتر مجيد ايلچي قزاآن
استاد مشاور
ندارم
دانشكده
مهندسي عمران
چكيده
اين مطالعه يك راهبرد نوين بهينهسازي تركيبي مبتني بر مدلهاي جانشين را براي طراحي كارآمد سازههاي فولادي بزرگمقياس ارائه ميكند، بهويژه در شرايطي كه تحليل اجزاي محدود بسيار پرهزينه است. اين روش، الگوريتمهاي فراابتكاري را با مدل جانشين XGBoost براي برآورد قيود و پاسخهاي سازهاي تركيب ميكند. در اين كار، الگوريتم لجن قالب (SMA) و بهينهسازي برخورد اجسام بهبوديافته (ECBO) بهعنوان مؤلفههاي فراابتكاري بهكار گرفته شدهاند. راهبرد پيشنهادي در سه گام عمل ميكند: نخست، جستوجوي سراسري مبتني بر جمعيت براي كاوش طيف گستردهاي از امكانهاي طراحي؛ دوم، بهرهبرداري محلي با جستوجوي متمركزتر براي محدود كردن نواحي نويدبخش؛ و درنهايت، پالايش موضعي ياريگرفته از مدل جانشين با استفاده از راهبرد تكاملي سازگاري ماتريس كوواريانس (CMA-ES) براي يافتن طرحهاي نزديكتر به بهينه. اين ساختار، آميزهاي متوازن از اكتشاف گسترده و بهينهسازي دقيق فراهم ميكند. براي بهبود كارايي و دقت در مدلسازي قيود، چارچوب از روشهاي نمونهبرداري فعال مانند اكتشاف كران اطمينان بالايي (UCB) و توليد فرزندان مرزي بهره ميبرد. اين روشها جستوجو را به سمت نواحي با عدمقطعيت بالا يا مناطق نزديك به برآوردهسازي قيود طراحي هدايت ميكنند.
رويكرد پيشنهادي بر سه خرپاي فولادي محك شامل يك برج 582 ميلهاي، يك گنبد 600 ميلهاي و يك گنبد 1410 ميلهاي، و نيز يك ساختمان قاب خمشي فولادي 8 طبقه آزمايش شدهاست. در مسائل خرپا، هزينههاي محاسباتي براي SMA به ميزان 95 تا 97 درصد و براي ECBO به ميزان 90 تا 95 درصد كاهش يافتهاست. در ساختمان قاب خمشي فولادي، اين كاهش براي هر دو الگوريتم SMA و ECBO به حدود 78 درصد رسيد. طرحهاي حاصل، از نظر بهينه بودن با طرحهاي بهدستآمده بدون روش پيشنهادي برابري داشتند يا از آنها فراتر رفتند.
تاريخ ورود اطلاعات
1405/03/02
عنوان به انگليسي
Developing a Novel Machine Learning Based Framework for Optimal Design of Structures
تاريخ بهره برداري
10/19/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
فرشاد ثمر
چكيده به لاتين
This study presents a new surrogate-assisted hybrid optimization strategy for designing large-scale steel structures efficiently, especially when traditional finite element analysis is too costly. The method combines metaheuristic algorithms with XGBoost surrogate models to estimate structural constraints and responses. In this work, the Slime Mold Algorithm (SMA) and Enhanced Colliding Bodies Optimization (ECBO) serve as the metaheuristic components. The strategy works in three stages. First, it performs a global population-based search to explore a wide range of design possibilities. Second, it carries out interior-point exploitation with a more focused search to narrow down promising regions. Finally, it uses surrogate-aided local refinement through the Covariance Matrix Adaptation Evolution Strategy (CMA-ES) to fine-tune the designs. This structure allows a balanced mix of broad exploration and precise optimization. To improve efficiency and accuracy in constraint modeling, the framework uses active sampling methods such as Upper Confidence Bound exploration and boundary offspring generation. These help guide the search toward areas with high uncertainty or regions close to meeting the design constraints. The approach was tested on three benchmark steel trusses: a 582-bar tower, a 600-bar dome, and a 1410-bar dome, and a real-world 8-story moment-resisting frame building. In truss cases, computational costs reduced by 95 to 97 percent for SMA and 90 to 95 percent for ECBO. In the steel moment-resisting frame, it reduced computational costs by 78 percent for both SMA and ECBO. The resulting designs matched or exceeded the quality of those obtained without the proposed method.
كليدواژه هاي فارسي
بهينهسازي مبتني بر مدل جانشين , فراابتكاريها , يادگيري ماشين , نمونهبرداري تطبيقي , بهينهسازي هوشمند سازهها
كليدواژه هاي لاتين
Surrogate-assisted optimization , Metaheuristics , Machine learning , Adaptive sampling , Intelligent structural optimization
Author
Farshad Samar
SuperVisor
Dr. Majid Ilchi Ghazaan