بهینه سازی ابعاد سازه‌های فضایی با استفاده از ترکیب الگوریتم ژنتیک و روش‌های گرادیان

وفایی صفت, عباس; طباطبایی, سید حسین

بهینه سازی ابعاد سازه‌های فضایی با استفاده از ترکیب الگوریتم ژنتیک و روش‌های گرادیان

نویسندگان

عباس وفایی صفت

سید حسین طباطبایی

چکیده

یکی از پارامترهای مهم در طراحی سازه‌های فضایی بهینه‌بودن ابعاد و در نتیجه وزن سازه است. بهینه‌سازی ابعادی عمدتاً به‌وسیلة الگوریتم‌های گرادیان و الگوریتم ژنتیک انجام می‌شود. اصول عملکرد الگوریتم‌های گرادیان بر پایة مشتق تابع هدف و قیود مسئله است. عملکرد این الگوریتم‌ها به نقطة اولیه وابسته است و توانایی جستجوی همة فضای طراحی را ندارند. الگوریتم ژنتیک فضای زیادی را جستجو می‌کند ولی توانایی خیلی نزدیک‌شدن به نقطة بهینة اصلی را ندارد. در این مقاله، روشی ارائه شده است که فرآیند بهینه‌سازی با الگوریتم ژنتیک شروع شده است و خروجی آن به عنوان نقطة اولیه در الگوریتم گرادیان قرار داده می‌شود. برای ارزیابی روش ارائه شده، این روش برای بهینه‌سازی ابعاد یک نمونه سازه خرپایی سه عضوی و یک خرپای ده عضوی و همچنین سازة مشبک آنتن سهموی به‌کار برده شده است. نتایج به‌دست آمده نشان می‌دهد که ابعاد بهینة به‌دست آمده از روش ترکیب دو الگوریتم نسبت به نتایج الگوریتم ژنتیک برتری دارد.

کلیدواژه‌ها

بهینه سازی ابعادی

سازههای فضایی

الگوریتم ژنتیک

سازة مشبک آنتن

المان محدود

Zhou, M., Pagaldipti, N., Thomas, H. L. and Shyy, Y. K., “An Integrated Approach to Topology, Sizing, and Shape Optimization”, Structural and Multidisciplinary Optimization, Vol. 26, No. 5, 2004, pp. 308–317.
Vanderplaats G. N., Numerical Optimization Techniques for Engineering Design, McGraw-Hill, 1984.
Imai, K., Configuration Optimization of Trusses by the Multiplier Method, Mechanics and Structures Department, School of Engineering and Applied Science, University of California, Los Angeles, Report No. UCLA-Eng-7842, 1978.
Hoppe, R. H. W., Petrova, S. and Schulz, V., “Primal-Dual Newton-Type Interior-Point Method for Topology Optimization”, Journal Of Optimization Theory And Applications, Vol. 114, No. 3, pp. 545–571, 2002
Wang, S.Y. and Tai, K., “Graph Representation for Structural Topology Optimization Using Genetic Algorithms”, Computers and Structures, Vol. 82, Issues 20-21, pp. 1609–1622, 2004.
Tai, K., and Prasad, J., “Multiobjective Topology Optimization Using a Genetic Algorithm and a Morphological Representation of Geometry”, 6th World Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization, Rio de Janeiro, Brazil, 2005
Šešok, D. and Belevičius, R., “Use of Genetic Algorithms in Topology Optimization of Truss Structures”, Mechanika, Vol. 64, No.2, 2007, pp.34-39.
Ali, N., Behdinan, K. and Fawaz, Z., “Applicability and Viability of a GA Based Finite Element Analysis Architecture for Structural Design Optimization”, Computers and Structures, Vol. 81, Issues 22-23, 2003, pp. 2259–2271.
Marcelin, J. L., “Genetic Search Applied to Selecting Support Positions in Machining of Mechanical Parts”, International Journal of Advanced Manufacturing Technology, Vol. 17, No. 5, 2001, pp. 344-347
Kaya, N. and Öztürk, F., “Topological Machining Fixture Layout Synthesis Using Genetic Algorithms”, International ANSYS Conference, Pittsburgh, USA, 2004
Rajeev S., Krishnamoorthy CS. “Genetic Algorithms-based Methodologies for Design Optimization of Trusses,” Journal of Structural Engineering, Vol. 123, No. 3, 1997, pp. 350-358.
Elperin T., “Monte-Carlo Structural Optimization in Discrete Variables With Annealing Algorithm”. International Journal for Numerical Method in Engineering, Vol. 26, Issue 4, 1988, pp. 815–821.
Kripakaran, P., Gupta, A. and Baugh Jr., J.W. “A Novel Optimization Approach for Minimum Cost Design of Trusses,” Computers and Structures, Vol. 85, Issues 23-24, 2007, pp. 1782–1794,
Richards, C. J., Mechanical Engineering in Radar and Communications, Plessey Radar Ltd, Plessey Electronics Group, Edit 1, Van Nostrand Reinhold Company, 1969.
TIA/EIA Standards, TIA/EIA 222-F, “Structural Standards for Steel Antenna Towers and Antenna Supporting Structures”, Telecommunications Industry Association, 1996.