طراحی بهینه سازه های فضاکار مبتنی بر نظریه قابلیت اطمینان با استفاده از الگوریتم ژنتیک

نوع مقاله : مقاله کامل پژوهشی

نویسندگان

1 گروه سازه دانشکده مهندسی عمران دانشگاه تبریز

2 دانشکده فنی مهندسی عمران، دانشگاه تبریز

10.22034/ceej.2018.7574

چکیده

بهینه سازی سازه­ها بر اساس نظریه قابلیت اطمینان، با توجه به طبیعت تصادفی پارامترهای سازه­ای از قبیل خواص مصالح، بارهای خارجی، ابعاد هندسی و غیره مورد توجه ویژه­ای قرار گرفته است. به کمک نظریه قابلیت اطمینان سیستم­های سازه­ای، می­توان عدم قطعیت­های ناشی از طبیعت آماری پارامترهای سازه­ای را به صورت روابط ریاضی درآورد. متعاقباً، می­توان ملاحظات ایمنی و عملکرد را به طور کمی وارد روند طراحی نمود. در این مقاله طراحی بهینه سازه­های فضاکار بر اساس کمینه سازی وزن تحت محدودیت قابلیت اطمینان اعضا و سیستم سازه­ای صورت گرفته است. در این مسیر با همگرایی موضعی و زمان طولانی لازم برای انجام محاسبات قابلیت اطمینان در سازه­های بزرگ مقیاس، روبه رو هستیم. هدف از این مقاله ارایه روشی برای رفع این مشکلات می­باشد. با در نظر گرفتن شاخص قابلیت اطمینان به عنوان محدودیت طراحی، محاسبات بهینه­سازی احتمال اندیشانه برای سازه­های بزرگ، در محدوده زمانی بهینه سازی یقین اندیشانه قرار می­گیرد. بررسی نتایج نشان می­دهد، این الگوریتم در نظر گرفته شده برای بهینه سازی خرپاهای متقارن با بارگذاری متقارن عملکرد بسیار مناسبی از خود نشان می­دهد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Reliability-Based Optimal Design of Space Structures Using Genetic Algorithm

نویسندگان [English]

  • Ali Hadidi 1
  • Simin Chitsaz 2
1 Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz
2 Faculty of Civil Engineering, University of Tabriz
چکیده [English]

Optimization by explicit and deterministic variables is called deterministic optimization. It is known that there are wide varieties of uncertainties which are originated from the errors in modeling and simulation and condition of services such as changes in loading. Moreover, we must consider these uncertainties in different stages of design process of structures. Some of the most important factors which should be consider in structural designing are variation of material properties, geometrical dimensions of the structures, and the loading patterns. On the other hand, deterministic optimization on structures uses the strong safety factors instead of uncertainties. Thus, the resultant designed-structures are leading to the excessive conservative structures that would not be economical and optimal. According to, existing some uncertainties in each level of engineering design process; it is required to consider safety factors in computation of the deterministic optimization. In order to resolve this problem, an efficient approach is recently developed which is called reliability based optimal design. In this method the safety of structures are evaluated based on the failure probability and the aforementioned uncertainties are modeled by the probability distribution of random variables. Finally, the investigated components embedded in the assessed acceptable ranges of safety which is introduces with the failure definition. This practical method can be applied to different structures.

کلیدواژه‌ها [English]

  • optimization
  • Space structures
  • reliability
  • genetic algorithm
  • Finite element

مراجع

American Institute of Steel Construction (AISC), Manual of Steel Construction-Allowable Stress Design. Chicago, 1989.
Conceicao CA, Antonio A, “Hierarchical Genetic algorithm For Reliability Based Design of Geometrically Non-Linear Composite Structures”, Composite Structures, 54, 2001, 37-47.
Cornell CA, Bounds on the Reliability of structural Systems Journal of Structural Division, ASCE, 1967, 93 no. ST1, 171-200.
Davidson JW, Felton LP, Hart GC, “Optimum design of structures with Random Parameters”, Computers and structures, 7, 1977, 481-486.
Enevoldsen I, Sorensen JD, “Reliability Based Optimization in structural engineering”, Structural safety, 15, 1994, 169-196.
قاسمی م، قلعه­نوی م، مستخدمین حسینی ح، "بهینه­سازی سازه­های خرپایی بر اساس نظریه قابلیت اعتماد به کمک الگوریتم وراثتی"، دانشگاه سیستان بلوچستان، مرداد 1387.
Jalalpour M, Guest JK, Igusa T, “Reliability-Based Topology Optimization of Trusses with Stochastic Stiffness”, Structural Safety, 43, 2013, 41-49.
Jensen HA, Valdebenito MA, G.I. Schueller, Kusanovic DS, “Reliability-Based Optimization of Stochastic Systems Using Line Search. Comut”, Methods Applied Mechanical Engineering, 198, 2009, 3915-3924.
Jiang C, Bi RG, Lu GY, Han X, “Structural Reliability Analysis Using Non-Probabilistic Convex Model”, Comput, Methods Applied Mechanical Engineering 254, 2013, 83-98.
کاوه ع و، کلات جاری، ور.، "نظریه قابلیت اعتماد و کاربرد آن در مهندسی سازه"، دانشگاه علم و صنعت ایران، 1373.
Lee JO, Yang YS, Ruy WS, “A Comparative Study on Reliability-Index and Target-Performance-Based Probabilistic Structural Design Optimization”, Computers and Structures, 80, 2002, 257-269.
Lee KS, Geem ZW, “A New Structural Optimization Method Based on the Harmony Search Algorithm”, Journal of Computer and Structure, 82, 2004, 781-798.
Li LJ, Huang ZB, Liu F, “A heuristic particle swarm optimization method for truss structures with discrete variables”, Journal of Computer and Structure, 87, 2009, 435-443.
Luit YW, Moses F, “Truss optimization Including Reserve and Residual Reliability Constraints”, Computers and structural, 1992: 42 (3), 355-363.
Ma J, Gao W, Wriggers P, Chen J, Sahraee SH, “Structural Dynamic Optimal Design Based on Dynamic Reliability”, Engineering structures, 33, 2011, 468-476.
Rajeev S, Krishnamoorthy CS, “Discrete Optimization of Structures Using Genetic Algorithms”, Journal of Structural Engineering, ASCE, 1992, 118, (5), 1233-1250.
Sahoo L, Bhunia AK, Kapur PK, “Genetic Algorithm Based Multi-Objective Reliability Optimization in Interval environment”, Computers and Industrial Engineering, 62, 2012, 152-160.
Sivanandan SN, Deepa SN, “Introduction to Genetic Algorithms”, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2008.
Soh CK, Yang JP, “A genetic algorithm approach for shape optimization of trusses, Journal Compute, Civil Engineering 8, 1994, 309-325.
Tao R, Tam ChM, “System Reliability Optimization Model for construction Projects via System Reliability Theory”, Automation in Construction, 22, 2012, 340-347.
Togan V, Daloglu A, “Optimun Design of a Truss System under the Constraint of Failure Probability”, The Bulletin of The Istanbul Technical University, 54.
Togan V, Daloglu AT, “Optimization of 3D Trusses with Adaptive Approachin Genetic Algorithm”, Engineering Structures, 24, 2006, 1019-1027.
Young YL, Baber JW, Motley MR, “Reliability-Based Design and Optimization of Adaptive Marine Structures”, Composite Structures, 244, 2010, 244-253.
Yu FH, Gillot M, Ichchou, “Reliability Based Robust Design Optimization for Tuned Mass Damper in Passive Vibration Control of Deterministic/Uncertain Structures”, Sound and Vibration, 332, 2013, 2222-2238.
Yuansheng F, Moses F, “Optimum design Redundancy and Reliability of Structural Systems”, Computers and structures, 1986, 24, (2), 239-251.
نشریه مهندسی عمران و محیط زیست دانشگاه تبریز
دوره 48.1، شماره 90 - شماره پیاپی 90
بهار 1397
خرداد 1397
صفحه 13-22

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار