طراحی بهینه ستون‌ها بر اساس قابلیت اعتماد تحت بار کمانش

نوع مقاله : مقاله مستقل

نویسندگان

1 دانشجوی کارشناسی ارشد، مهندسی مکانیک دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

2 استاد، مهندسی مکانیک دانشگاه فردوسی مشهد، مشهد، ایران

چکیده

در این مقاله بهینه‌سازی ستون‌ها بر اساس قابلیت اعتماد تحت بار کمانش با استفاده از روش بهینه‌سازی تکاملی سازه‌ها انجام شده است. برای محاسبه‌ی معیار اطمینان سازه روش قابلیت اعتماد هاسوفر-لیند مورد استفاده قرار گرفته و نتایج آن با روش مونت کارلو مقایسه شده است. همچنین برای تقریب تابع حالت حدی از روش پاسخ سطح استاندارد با استفاده از طرح مرکب مرکزی استفاده ‌شده است. بهینه‌سازی ستون‌های تحت بار کمانش با مقاطع و شرایط مرزی متفاوت در نظر گرفته می شود، به نحوی که حجم کلی سازه ثابت بماند. با ادغام روابط مربوط به قابلیت اعتماد در بهینه‌سازی، شکل بهینه‌ی ستون تحت بار کمانش بر اساس قابلیت اعتماد بدست می‌آید. در ادامه طرح بهینه بدست‌آمده از بهینه‌سازی قطعی و بهینه‌سازی بر اساس قابلیت اعتماد با هم مقایسه می‌شوند. مثال‌های عددی نشان میدهد که مقدار ظرفیت بار کمانش ستون‌ها در مقایسه با حالت اولیه افزایش می‌یابد. همچنین به دلیل در نظرگرفتن قابلیت اعتماد، طراحی نسبت به حالت قطعی قابل اعتمادتر می‌شود.

کلیدواژه‌ها


[1] قدوسیان ع، شیخی م (1392) یافتن شکل بهینه سازه­های اسکلتی به کمک روش تدریجی سرد شدن فلزات. نشریه علمی مکانیک سازه­ها و شاره­ها 21-13 :(1)2.
[2] Xie YM, Steven GP (1993) A simple evolutionary procedure for structural optimization. Compos Struct  49(5): 885-896.
[3] Li Q, Steven GP, Xie Y (2000) Evolutionary structural optimization for stress minimization problems by discrete thickness design. Compos Struct 78(6): 769-780.
[4] Xia L, Zhang L, Xia Q, Shi T (2018)  Stress-based topology optimization using bi-directional evolutionary structural optimization method. Comput Method Appl M  333: 356-370.
[5] Simonetti HL, Almeida VS, das Neves FDA, Almeida  VDD (****) Topology optimization for elastic analysis of 3D structures using evolutionary methods. Proceedings of the XL Ibero-Latin-American Congress on Computational Methods in Engineering, ABMEC, Natal/RN, Brazil.
[6] Manickarajah D, Xie Y, Steven G (1998) An evolutionary method for optimization of plate buckling resistance. Finite Elem Anal Des 29(3-4): 205-230.
[7] Manickarajah D, Xie Y, Steven G (2000) Optimisation of columns and frames against buckling. Compos Struct  75(1): 45-54.
[8] Yi B, Zhou Y, Yoon GH, Saitou K (2019)  Topology optimization of functionally-graded lattice structures with buckling constraints. Comput Method Appl M 354: 593-619.
[9] Wang W, Ye H, Sui Y (2019) Lightweight Topology optimization with buckling and frequency constraints using the independent continuous mapping method. Acta Mech Solida Sin 32(3): 310-325.
[10] Pitton SF, Ricci S, Bisagni C (2019) Buckling optimization of variable stiffness cylindrical shells through artificial intelligence techniques. Compos Struct 230: 111513.
[11] Alam MI, Kanagarajan B, Jana P (2019) Optimal design of thin-walled open cross-section column for maximum buckling load. Thin-Walled Struct 141: 423-434.
[12] Kharmanda G, Olhoff N, Mohamed A, Lemaire M (2004) Reliability-based topology optimization. Struct Multidiscip Optim 26(5): 295-307.
[13] Liu X, Yi WJ, Li Q, Shen PS (2008) Genetic evolutionary structural optimization. J Constr Steel Res 64(3): 305-311.
[14] Yoo KS, Eom YS, Park JY, Im MG, Han SY (2011) Reliability-based topology optimization using successive standard response surface method. Finite Elem Anal Des 47(7): 843-849.
[15] Eom YS, Yoo KS, Park JY, Han SY (2011) Reliability-based topology optimization using a standard response surface method for three-dimensional structures. Struct Multidiscip Optim 43(2): 287-295.
[16] López C, Bacarreza O, Baldomir A, Hernández S, Aliabadi MF (2017) Reliability-based design optimization of composite stiffened panels in post-buckling regime. Struct Multidiscip Optim 55(3): 1121-1141.
[17] Chun J, Paulino GH, Song J (2019) Reliability-based topology optimization by ground structure method employing a discrete filtering technique. Struct Multidiscip Optim 60(3): 1035-1058.
[18] جوهری م، احمدی ندوشن ب (1396) بهینه‌سازی توپولوژی بر اساس قابلیت اعتماد در سازه پل با استفاده از روش های قابلیت اعتماد مرتبه اول و دوم. مهندسی سازه و ساخت (1)4.
[19] Nowak AS, Collins KR (2012) Reliability of structures. CRC Press.
[20] Hasofer AM, Lind NC (1974) Exact and invariant second-moment code format. J Eng Mech 100(1): 111-121.
[21] Yildiz AR (2013) Comparison of evolutionary-based optimization algorithms for structural   design optimization. Eng Appl Artif Intell 26(1): 327-333.
[22] Haftka RT, Gürdal Z (2012) Elements of  structural optimization. Springer Science & Business Media.