۸ نتیجه برای بهینهسازی توپولوژی
دوره ۱۱، شماره ۴ - ( ۱۰-۱۴۰۰ )
چکیده
اهداف: یکی از راه حل هایی که در دهه اخیر جهت برقراری ارتباطی مؤثر میان معماری و مهندسی سازه پیشنهاد شده است، طراحی هم زمان سازه و معماری به وسیله بهینه سازی توپولوژی است. بهینه سازی توپولوژی یکی از انواع بهینه سازی سازه‌ای است که به دلیل تأثیر مستقیم بر فرم در حوزه معماری ظهور نموده است. هدف از این پژوهش تدوین چارچوبی جهت به کارگیری این روش بهینه سازی و بهره گیری از قابلیت های آن در فرآیند طراحی معماری است.
روش ها: ابتدا به تشریح مفاهیم نظری بهینه سازی توپولوژی و مدلسازی عددی اجزای محدود پرداخته، سپس کاربردهای استفاده از بهینه سازی توپولوژی در معماری بررسی شده است و فرآیند به کارگیری این روش در طراحی معماری با استفاده از الگوریتم های معرفی شده و نرم افزارهای موجود بیان شده است.
یافته ها: در طراحی با استفاده از بهینه سازی توپولوژی عموما تاثیر تصمیمات آغازین بر فرم های حاصله از ابتدا مشخص نیست، به همین جهت تهیه دیاگرام های فرم شناسی باعث می شود که طراح بتواند از تسلط بیشتری بر فرمهای حاصل از این روش برخوردار باشد. تهیه و استفاده از جداول فرم شناسی، که نشان دهنده تاثیر نوع و محل شرایط تکیه گاهی و بارگذاری بر طراحی پل های با شرایط مشابه هستند، راه حلی جهت شفاف تر نمودن فرآیند طراحی معماری با استفاده از بهینه سازی توپولوژی فراهم خواهد آورد.
نتیجه گیری: در این تحقیق اطلاعات مورد نیاز جهت بهرهگیری از بهینه سازی توپولوژی در طراحی و چگونگی طراحی یک پل عابر پیاده با استفاده از این روش توضیح داده شده است و چارچوبی مشخص از روند فرم یابی و استفاده از روش بهینه سازی توپولوژی در دل فرآیند طراحی معماری ارائه گردیده است.
حسن علی جهانگیری، علی جهانگیری،
دوره ۱۶، شماره ۱۲ - ( ۱۲-۱۳۹۵ )
چکیده
بهینهسازی توپولوژیکی کیفیت انتقال حرارت دوبعدی در یک محفظه بسته، بعنوان یک مسئله ترموفیزکی نمونه، همواره از اهمیت بسزایی برخوردار بوده است. در این مقاله روش بهینهسازی توپولوژی با استفاده از روش مجموعه سطوح تراز جهت به‌دست آودرن توپولوژی بهینه براساس داده‌های به‌دست آمده از حل مسئله انتقال حرارت دوبعدی شامل بار حرارتی نقطه‌ای و بار حرارتی گسترده در دامنه محاسباتی با استفاده از روش تحلیل اجزاء محدود، توسعه داده شده است. در روش مجموعه سطوح تراز، مرزهای سازه به‌وسیله یک تراز از تابع اسکالر دینامیکی ضمنی از بعد بالاتر معرفی می‌شوند. تغییرات این تابع در مراحل بهینهسازی می‌تواند به‌سادگی جدا شدن و متصل شدن مرزهای دینامیکی را مدلسازی نماید. برای تشکیل این تابع و تعیین دمای مجهول می‌توان از توابع شکل مورد استفاده در تحلیل اجزاء محدود استفاده کرد. تابع هدف در این مقاله کمینه کردن ظرفیت توان حرارتی بوده و آنالیز حساسیت در چندین مسئله نمونه انتقال حرارت با استفاده از روش مجموعه سطوح تراز جهت بهینهسازی توپولوژی به همراه روش تحلیل اجزاء محدود بررسی شده است. در نهایت نتایج حل سه مسئله نمونه انتقال حرارت شامل بار حرارتی نقطه‌ای، بار حرارتی گسترده و ترکیبی از این دو جهت نشان دادن اعتبار روش مذکور ارائه شده است. با استفاده از این روش، هزینه و زمان محاسبات بهینه سازی کاهش یافته و می‌تواند برای محدوده وسیعی از مسائل بهینه سازی توپولوژی انتقال حرارت محاسباتی به‌کار گرفته شود.
حامد محمدزاده، محمد حسین ابوالبشری،
دوره ۱۷، شماره ۴ - ( ۴-۱۳۹۶ )
چکیده
بهینهسازی توپولوژی بر اساس قابلیت اطمینان (RBTO) برای در نظر گرفتن عدم قطعیت، در متغیرهای طراحی استفاده میشود. در این مقاله نشان داده میشود که گاهی اوقات بهینهسازی فرکانس ممکن است سازه‌ای با سختی کم یا برعکس بهینهسازی سختی، سازه‌ای با فرکانس پایین تولید کند. در این مورد، بهینهسازی چندهدفه برای هر دو سختی و فرکانس استفاده میشود. در این مقاله (RBTO) با استفاده از بهینهسازی دو جهتی تکاملی سازه‌ها (BESO) با طرح فیلتر بهبود یافته ارائه میشود. برای محاسبات معیار اطمینان از قابلیت اطمینان مرتبه اول (FORM) و روش پاسخ سطح استاندارد برای تقریب تابع حالت حدی استفاده میشود. برای افزایش بازده محاسبات، تخمین اطمینان با فرایند بهینهسازی توپولوژی کوپل شده است. بهینهسازی توپولوژی بهصورت کمینه کردن حجم با قیود احتمالاتی تغییر مکان و فرکانس فرمول‌بندی میشود. چگالی، مدول یانگ و بار به‌عنوان متغیرهای عدم قطعیت در نظرگرفته میشود. توپولوژی به دست آمده با (RBTO) با توپولوژی به دست آمده از بهینهسازی توپولوژی قطعی (DTO) مقایسه میشود. نتایج نشان میدهد (RBTO) با استفاده از (BESO) به‌طور مؤثر توانایی حل مسائل بهینهسازی چند هدفه برای فرکانس و سختی را دارد.
دوره ۱۸، شماره ۱ - ( ۳-۱۳۹۷ )
چکیده
بهینهسازی توپولوژی سازه‌های گسسته بزرگ مقیاس، از چالش برانگیزترین مسائل بهینهسازی به شمار می‌روند. در این نوع بهینهسازی، هنگامی که سطح مقطع اعضا از میان مقادیر گسسته انتخاب می‌شوند، رسیدن به بهینه کلی دشوارتر می‌گردد. در این مقاله، روش بهینهسازی دومرحله‌ای نوینی جهت بهینهسازی توپولوژی سازه‌های گسسته بزرگ مقیاس (شبکه‌های دولایه)، با در نظر گرفتن قیود مختلف و با استفاده از الگوریتم جستجوی هارمونی (HSA) ارائه شده است. بدین منظور، ابتدا با استفاده از روش بهینهسازی تکاملی سازه‌ها (ESO)، یک آنالیز حساسیت جهت شناخت اعضای سازه‌ای مهم‌تر، انجام میشود. سپس نتایج این آنالیز حساسیت به نحوی مورد استفاده قرار می‌گیرد، که HSA بتواند با ایجاد یک جستجوی جهت‌دار در یک فضای طراحی کاهش یافته، توپولوژی بهینه شبکه‌های دولایه را بدست آورد. در روند بهینهسازی توپولوژی، وزن سازه کمینه می‌گردد بطوریکه قیود مسئله بهینهسازی شامل تنش اعضا و جابجایی گرهها و نیز ضریب لاغری اعضا ارضا گردند. همچنین، وجود و عدم وجود اعضای شبکه پایین و جانی و نیز سطح مقطع اعضای سازه بعنوان متغیرهای طراحی انتخاب شده است. حذف اعضای شبکه پایین و جانی، از طریق حذف گره‌های شبکه پایین انجام شده است. بمنظور کاهش فضای طراحی، از تقارن سازه جهت حذف گروهی این گرهها استفاده میشود. نتایج عددی بدست آمده در این مقاله، کارایی روش دومرحله‌ای ارائه شده را در یافتن توپولوژی بهینه شبکه‌های دولایه نشان می‌دهند.
دوره ۱۹، شماره ۲ - ( ۴-۱۳۹۸ )
چکیده
در این مقاله، از توابع پایه هنکل کروی جهت بهینهسازی توپولوژی سازه با استفاده از روش سطح تراز استفاده شده است. توابع پیشنهادی، ترکیبی از میدان توابع بسل نوع اول و دوم و همچنین میدان توابع چند جملهای در فضای مختلط و برگرفته از توابع پایه‌ی شعاعی هستند. با استفاده از توابع هنکل کروی، وابستگی تابع مجموعه سطوح تراز به مکان و زمان از یکدیگر جدا گشته و این سبب تبدیل شدن معادله دیفرانسیل با مشتقات جزئی همیلتون-ژاکوبی به یک معادله دیفرانسیل معمولی میشود. بدین طریق، مشکلات ناشی از حل معادله دیفرانسیل با مشتقات جزئی برطرف شده و در نتیجه نیازی به مقداردهی مجدد تابع مجموعه سطوح تراز در فرایند بهینهسازی نمی‌باشد. در ادامه، جهت افزایش سرعت و دقت همگرایی در ایجاد طرح بهینه، توابع شکل هنکل کروی جایگزین توابع شکل کلاسیک لاگرانژ میشود. توابع شکل پیشنهادی علاوه بر ارضای خاصیت دلتای کرونکر و افراز واحد، بی‌نهایت مشتق‌پذیر بوده همچنین توابع پیشنهادی به لحاظ دارا بودن هر سه میدان توابع چند جملهای، بسل نوع اول و دوم در فضای مختلط می‌تواند در بهبود دقت و سرعت همگرایی مؤثر باشند در حالی که در توابع شکل کلاسیک لاگرانژ تنها میدان توابع چند جملهای اغنا میشود. در انتها چندین مثال عددی جهت بررسی عملکرد توابع پایه‌ی شعاعی هنکل کروی و توابع شکل هنکل کروی بیان شده است.
دوره ۲۰، شماره ۶ - ( ۱۰-۱۳۹۹ )
چکیده
بهینهسازی را می توان فرآیندی برای یافتن شرایطی دانست که مقدار حداکثر و حداقل یک تابع را ایجاد میکند.الگوریتمهای فراابتکاری با یکایدهازیکرویداددرطبیعتبرایایجادالگوریتمبهینهسازی به کار گرفته شدهاند. دراینمقالهالگوریتمبهینهسازیفراابتکاریدهپا به کمک ماشینهای یاختهای اصلاح و برای بهینهسازی اندازه و توپولوژی خرپاها استفاده شده است.در این روش اصلاح شده، ماشین یاختهای وهمسایگی مور تعریف میشود و بهترین جواب انتخاب و از آن برای ایجاد جمعیت جدید استفاده میشود. در آخر بهترین جواب جایگزین بدترین فرد در ماشین یاختهای شده و به این صورت ماشین یاختهای به روزرسانی میشود.در این مقاله جابهجایی گرهها و نیروهای داخلی سازهی خرپا به عنوان قیدهای بهینهسازی در نظر گرفته شدهاند. مقایسه نتایج عددی که از روش اصلاح شده به دست میآید با بقیه روشهای فراابتکاری نشان میدهد که الگوریتم اصلاح شدهی پیشنهادی قادر به یافتن پاسخ بهتر با استفاده از تلاشهای محاسباتی کمتر است.
دوره ۲۴، شماره ۵ - ( ۹-۱۴۰۳ )
چکیده
در این مقاله روش مجانب های پویا MMA که یک روش برنامه‌ریزی ریاضی است برای حل مسئله بهینه سازی خرپا به کار گرفته شده است. اگرچه این روش در مسائل توپولوژی سازه‌های محیط پیوسته بسیار مورد استفاده قرار گرفته است، اما در مورد سازه‌های خرپایی کمتر مورد توجه بوده است. مسئله بهینهسازی مورد نظر در اینجا، مسئله حداقل سازی انرژی کرنشی سازه با در نظر گرفتن قید حجمی می‌باشد. برای اولین بار برای سازه خرپایی از مبانی روش SIMP و اعمال ضریب جریمه تابع چگالی برای بهینه سازی همزمان توپولوژی و ابعاد اعضای خرپا استفاده شده است. به منظور انجام بهینهسازی، تحلیل حساسیت تحلیلی انجام شده است. مسائل متنوعی در انتها حل شدهاند و نتایج مورد بحث و بررسی قرار گرفته‌اند. نتایج نشان می‌دهند در صورت استفاده از ضریب جریمه مناسب، پاسخ بهینه درست برای مسائل معیار به دست میآید. همچنین برخی مسائل کاربردی‌تر نیز حل شده و نتایج مورد بحث قرار گرفته‌اند.
محمدعلی جهانگیری، رضا عطارنژاد، نیما نوعی،
دوره ۲۴، شماره ۸ - ( ۵-۱۴۰۳ )
چکیده
این پژوهش به بهینه سازی توپولوژی مسائل اندرکنش سیال-سازه به‌روش مجموعه سطوح تراز می¬پردازد. به-منظور جفت کردن معادلات سیال-سازه از روش توصیف لاگرانژی-اویلری دلخواه (ALE) در فرمول‌بندی یکپارچه استفاده شده است. استفاده از توصیف ALE تحت فرمول¬بندی یکپارچه برای مسائل FSI، ضمن حذف ناپایداری¬¬های عددی ناشی از ترم همرفت، باعث افزایش سرعت و دقت حل اجزای محدود مسائل اندرکنش سیال-سازه خواهد شد. همچنین در نظر گرفتن سیال در حالت ناپایا (Unstaedy) امکان تفسیر توپولوژی بهینه را در هر لحظه از تحلیل فراهم می¬آورد. تابع هدف مسئله طراحی بهینه توپولوژی سازه، به‌حداقل رساندن نرمی سازه در حالت خشک تحت حجم معینی از دامنه طراحی سازه در نظر گرفته شده است. به‌منظور یافتن سرعت نرمال معادله واکنش- انتشار (RDE) از آنالیز حساسیت الحاقی مبتنی بر گرادیان نقطه‌ای استفاده شده است. نتایج حاصله از این رویکرد در مقایسه با سایر رویکردهای بهینه¬سازی توپولوژی موجود در ادبیات فنی نشان از دقت بالاتر و تشکیل مرزهای سازه‌ای واضح‌تر دارد.
