عنوان پایان‌نامه
بهینه سازی توپولوژیکی سازه های پیوسته ساخته شده از مواد هدفمند (FGM)
- رشته تحصیلی
- مهندسی مکانیک طراحی کاربردی
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکزی پردیس 2 فنی شماره ثبت: 2519;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 60568
- تاریخ دفاع
- ۲۴ شهریور ۱۳۹۲
- دانشجو
- سعید ملکی جبلی
- استاد راهنما
- مسعود شریعت پناهی
- چکیده
- هدف از این پایان نامه ارائه ی یک روش تکاملیِ ابتکاری برای بهینه سازی همزمان توپولوژی و توزیع خواص ماده در سازه های ساخته شده از مواد تابعی (FGM) می باشد. روش ارائه شده از ماهیت ابتکاری روش بهینه سازی سازه ای دوسویه (BESO) و الگوریتم ژنتیک (GA) الهام گرفته شده است. الگوریتم بهینه سازی در قالب یک مسئله ی طراحیِ کمینه کردن نرمی سازه (بیشینه کردن سختی) ارائه شده است. برای مدل کردن رفتار سازه FGM تحت بارگذاری از روش اجزای محدود (FEM) استفاده میشود. نسبت حجمی ماده ی تعریف شده بر روی هر المان و وضعیت هر المان (وجود و یا عدم وجود در سازه) به عنوان متغیر های طراحی ارائه می شوند. بعد از انجام آنالیز اجزای محدود بر روی سازه، حساسیت تابع هدف نسبت به متغیر های طراحی طبق روش BESO بدست می آید. پس از مشخص شدن حساسیت ها، به کمک یک روش ابتکاری ترکیب شده با الگوریتم ژنتیک، توپولوژی و توزیع خواص ماده در سازه بوسیله ی بروز رسانی متغیر های طراحی برای تکرار بعدی در پروسه ی طراحی مشخص می شود. در نهایت، روش اتخاذ شده بوسیله ی چند مثال گزارش شده در پیشینه ی پژوهش مورد آزمایش قرار می گیرد. با مقایسه نتایج بدست آمده از روش ارائه شده با نتایج تنها روشِ موجود برای این نوع مسئله ی بهینه سازی، برتری روش مذکور از لحاظ کاهش نسبی در نرمی، توزیع هموارتر خواص ماده و هزینه ی محاسباتی به اثبات خواهد رسید. ارزش روش پیشنهاد شده در ماهیت ساده ی آن نهفته است. بر خلاف تنها روش موجود که بر مبنای مشتق به این مسئله ی بهینه سازی پرداخته، روش ارائه شده در این پژوهش از چند ایده ی منطقیِ ابتکاری به منظور تسهیلِ روند بهینه سازی و کاهش هزینه ی محاسباتی استفاده کرده است. کلمات کلیدی: بهینه سازی توپولوژیک، مواد تابعی، روش بهینه سازی سازه ای دوسویه، الگوریتم ژنتیک، روش اجزای محدود، نسبت حجمی ماده
- Abstract
- The purpose of this thesis is to introduce an evolutionary heuristic method for simultaneous optimization of topology and material property distribution of functionally graded (FG) structures under a prescribed loading condition. The proposed procedure is inspired by heuristic nature of bi-directional evolutionary structural optimization (BESO) and genetic algorithm (GA). The optimization algorithm is developed in the context of minimum compliance (maximum stiffness) design problem. The problem is modeled by means of finite element method (FEM). The element-wise material volume fractions and elements’ status (i.e. existence or nonexistence in FE model) are introduced as design variables. After FE analysis, sensitivities are obtain and filtered according to BESO. Having determined sensitivities, by means of a heuristic scheme combined by GA, topology and material property distribution for the next cycle of optimization are determined by updating design variables. The adopted method has been tested by means of several examples previously reported in literature. The comparison showed the superiority of the proposed method against its rival in terms of relative reduction in compliance, smoother material property distribution and computational cost. The value of the described method lies in its simple (yet efficient) nature. In contrast with its only rival in literature which more relied on mathematical approach, proposed method uses a series of logic-based heuristic ideas to drive reasonable solutions but with far less computational cost. Keywords: Topology optimization, Functionally graded structures, BESO, GA, Finite element method, Element-wise material volume fraction
