Genetik algoritma ile çelik çerçevelerin optimizasyonu

Abstract

ÖZET Genetik algoritmaya dayalı optimum tasarım yöntemleri oldukça etkin, genel ve gerçekçi çözümlerdir. Yapı sistemlerinin optimum boyutlandırılması üzerine birçok metod geliştirilmiştir, fakat bunların hepsi optimum çözüme ulaşmak için matematik programlama tekniklerini kullanmaktadırlar. Yöntemlerin çoğu tasarım değişkenlerinin sürekli olduğunu kabulüne dayanır, ancak bu her zaman doğru değildir. Bunun nedeni ise yapısal elemanların standart boyutlarda üretilmesinden ve pratikteki yapım ve üretimdeki sınırlamalardan kaynaklanmaktadır. Tasarım değişkenlerini ayrık olarak işleme koyan optmizasyon teknikleri de olmasına rağmen, bunların programlanması burada anlatılacak olan yönteme oranla oldukça zor ve yorucudur. Son yıllarda geliştirilmekte olan genetik algoritmalar optimizasyon probleminin çözümünde doğadaki genetik kurallarına benzer kurallar aracılığıyla en iyiye hızla yaklaşma imkanı sağlamaktadırlar. Genetik algoritmaların, değişkenlerinin sürekli olması ve fonksiyonların türevlerinin alınabilmesi gibi bir takım dezavantajları yoktur. Bu yüzden, genetik algoritmalar diğer bilinen klasik optimizasyon yöntemlerinden bir çok yönüyle farklıdırlar. Burada anlatılan genetik algoritma Goldberg tarafından geliştirilmiştir. Doğadaki genetik yasalara benzer kurallarla rastgele seçilmiş operatörler arasında bilgi değiş tokuşu yapan etkili bir araştırma yöntemidir. Bu çalışmada, genetik algoritmanın çelik düzlem çerçevelere ugulanmıştır. Deplasman ve bileşik gerilme sınırlayıcıları TS 648' e göre işleme konmuştur. Bu amaçla bir bilgisayar programı QBASIC dilinde kodlanmış ve mikro bilgisayarda koşturulmuştur. Metodun ve biglisayar programının etkin bir şekilde uygulanabilirliğini göstermek için değişik sayısal örnekler çözülmüştür. Örnek çerçeveler, sonuçlan karşılaştırılabilmek için literatürden seçilmiştir. Anahtar Kelimeler: Genetik algoritma, çelik yapılar, optimum tasarım, düzlem çerçeveler. VI

SUMMARY OPTIMUM DESIGN OF PLANE FRAMES USING GENETIC ALGORITHM Optimum design problems based on Genetic Algorithm are really efficient and general. There are many methods used for optimum design of structural system. But all of them use mathematical programming techniques to obtain optimum solutions. On the other hand, the majority of the structural optimization methods assume that the design variables are continuous which is not true. Design of steel structures requires the selection of cross-sectional properties of their members from practically available set of standard steel sections. There are a number of algorithms that take discrete design variable, but the computer programming is rather hard and tedious compared to the method presented here. The recent developments in the application of biological principles into computational algorithms have produced a different class of numerical optimization methods. The basic difference between these new techniques and classical methods is that they do not require derivatives of functions. Among these, Genetic Algorithm has attracted great attention due to its ability of providing a solution to discrete optimum design problems. Genetic algorithm presented here is originally proposed by Goldberg. It applies the natural laws like survival of the fittest and develops an efficient search mechanism by changing the structural information using randomized operators. This thesis presents an application of Genetic Algorithm into the optimum design of plane steel frames considering the displacement and combined stress constraints according to TS 648. The displacements stability and combined stress constraints are considered in the research. A computer programming is developed and coded in Q BASIC language to run at a microcomputer. A Number of numerical examples are solved to show the application of the method and the computer programming. Examples are chosen from the literature to compare the results. Key Words: Genetic Algorithm, steel structures, optimum design, plane frames. vn