مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بهینه‌سازی اندازه و توپولوژی سازه‌های خرپایی فضاکار با استفاده از الگوریتم ترکیبی برنامه‌ریزی ژنتیکی و نلدر-مید

نویسندگان
1 دانشجو
2 دانشیار دانشگاه گیلان
3 عضو هیات علمی
چکیده
سازه‌های فضاکار کاربرد زیادی در ساخت سازه‌های واقعی از جمله پل‌ها، سازه‌های فضایی، کشتی‌ها و غیره دارند. این موضوع محققان را به منظور ارائه روش‌های کارآمدتر و نوین برای حصول طراحی مقاومتر و کم هزینه‌تر این نوع سازه‌ها جذب کرده است. در این مقاله یک الگوریتم ترکیبی به منظور بهینه‌سازی همزمان اندازه و توپولوژی سازه‌های خرپایی فضاکار ارائه شده است. در الگوریتم پیشنهادی، هدف نهایی کمینه کردن وزن سازه با یافتن سطوح مقاطع بهینه برای المان‌ها و نحوه اتصال بهینه بین گره‌های سازه تحت قیدهای استاتیکی است. قیدهای استاتیکی شامل پایداری سینماتیکی سازه، مقدار مجاز تنش در المان‌ها و جابجایی در گره‌ها می‌شود. در این الگوریتم ابتدا با استفاده از الگوریتم برنامه‌ریزی ژنتیکی (که اعضای جمعیت آن به صورت درخت بیان می‌شوند) سازه بهینه در فضای جستجو حاصل شده و سپس این پاسخ با استفاده از الگوریتم جستجوی محلی نلدر-مید بهبود داده می‌شود. روش پیشنهادی قابلیت یافتن المان‌ها و گره‌های زائد را درطی فرآیند بهینه‌سازی در فضای طراحی دارا است. روش ما روی تعدادی از مسائل عددی پیاده‌سازی شده است و با دیگر روش‌های محبوب و توانا در ادبیات تحقیق مقایسه شده است. نتایج روش پیشنهادی منجر به یافتن خرپاهایی با وزن کمتر در مقایسه با مطالعات پیشین شده است.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Sizing and topology optimization of spatial truss structures using hybrid algorithm of genetic programing and Nelder-Mead

نویسندگان English

Hirad Assimi 1
Ali Jamali 2
Nader Nariman Zadeh 3
چکیده English

Implementing spatial structures is common in real-world structures such as bridges, space structures, and ships. This topic has attracted researchers to propose more efficient and pristine methods to obtain more robust and cheaper solutions for spatial structure optimization problems. This paper presents a hybrid approach for simultaneous optimization of sizing and topology of spatial truss structures using genetic programming and local search methods. It aims to find the optimal cross-sectional areas and connectivities between the joints of the truss to achieve minimum structural weight subjected to static constraints. These constraints include structural kinematic stability, maximum allowable stress in elements and maximum nodal displacements in joints. First, this approach utilizes the tree-form representation of trusses and evolves to the optimal structure in search space; afterward, Nelder-Mead algorithm enhances the obtained solution in the final step. The proposed method has the capability of identifying redundant truss members and joints in the design space. Our method applied to some numerical problems and compared with other existing popular and competent techniques in the literature. The findings provided lighter truss structures in comparison with other references.

کلیدواژه‌ها English

Genetic programming
Optimization
topology
truss