Use of simulated annealing in optimum design of space trosses

Abstract

Bir çok yapı tasarımı uygulaması optimizasyon problemi olarak formüle edilebilir. Yoğun araştırmalar sonucu çok sayıda optimizasyon tekniği geliştirilmiş olmasına rağmen, bu çalışmanın ancak küçük bir kısmı pratik uygulamalara aktarılmıştır. Pratik uygulama eksikliğinin ana nedeni eldeki tekniklerin kesit alanlarının belirli sınırlar içinde herhangi bir değer alabilmesi esasına dayalı olmasındandır. Buna karşın, gerçek dizayn problemleri tasarım değişkenlerinin standard kesit grupları içinden seçilmesini gerektirmektedir. Tavlama benzetimi yönteminin, bu alandaki çeşitli optimizasyon problemlerindeki başarılı performansıyla, yapı optimizasyonu uygulamalarında da önemli bir potansiyele sahip olduğu görünmektedir.Bu tez, tavlama benzetimi algoritmasının çelik uzay kafes yapı optimizasyonuna uygulanmasını ele almaktadır. Bu amaçla bir bilgisayar programı geliştirilmiştir. Yapı ağırlığının minumuma indirgenmesi amaç fonksiyonu olarak seçilmiş ve tasarım değişkenleri elemanların kesit alanları olarak alınmıştır. Deplasman, stabilite ve gerilme sınırlayıcıları TÜRK ve AISC şartnamelerinde öngörülen sınırlayıcılar esas alınarak uygulanmıştır. Ayrıca tasarım işlemini kolaylaştırıcı bazı alternatifler sunulmuştur. Çeşitli örnekler çözülmüş ve sonuçlar bundan önceki yayınlanlardaki sonuçlarla karşılaştırılmıştır. Karşılaştırmalar tavlama benzetimi yönteminin önceden belirlenmiş kesit alanlarına göre boyutlandırma esasına dayalı yapı optimizasyonu problemlerindeki etkinliğini ortaya koymaktadır.

Many structural design applications can be formulated as optimization problems. Although many optimization techniques are developed based on intensive research, a little part of this work is transformed into practical applications. The main reason for the lack of practical applications is that most of the available techniques deal with continuous variables. On the other hand, real design problems necessitate the selection of design variables from a discrete set in standard sizes. Simulated annealing method with its satisfactory performance on a variety of optimization problems in this area appears to have substantial potential for structural optimization applications.This thesis discusses application of simulated annealing algorithm in optimum design of steel trusses. A computer program is developed for this purpose. Minimization of the weight of the structure is chosen as the objective function and the design variables are taken as the cross-sectional areas of the members. Displacement, stability and stress constraints are applied according to TURKISH and AISC specifications. Also some practical alternatives are offered to facilitate the design process. A variety of problems is solved and the results are compared with the results of previous publications. The comparison reveals the efficiency of simulated annealing method in discrete structural optimization problems.