Оптимізація геометричної схеми та розмірів перерізів елементів ферм за наявності змішаних змінних проєктування із використанням градієнтного методу

Автор(и)

  • Іван Дмитрович Пелешко Національний університет «Львівська політехніка», Україна https://orcid.org/0000-0001-7028-9653
  • Віталіна Віталіївна Юрченко Київський національний університет будівництва і архітектури, Україна https://orcid.org/0000-0003-4513-809X
  • Павло Ростиславович Русин Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського», Україна https://orcid.org/0009-0008-1479-2244

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.292692

Ключові слова:

оптимізація форми, змішані змінні, градієнтний метод, метод скінченних елементів, аналіз чутливості

Анотація

Об’єктом дослідження виступали стержневі конструкції типу ферм, які досліджувались на предмет пошуку оптимального проектного рішення у змішаному (неперервному та дискретному) просторі змінних. В якості змінних проєктування розглядались параметри геометричної схеми ферми, а також розміри поперечних перерізів її елементів. Сформульована задача оптимізації представлена як задача нелінійного програмування, в якій функція мети та нелінійні обмеження математичної моделі є неперервно диференційованими функціями змінних проєктування. До системи обмежень залучені обмеження міцності та стійкості, сформульовані для розрахункових перерізів стержневих елементів конструкції, що підлягає дії розрахункових комбінацій навантажень першої групи граничних станів. У складі системи обмежень розглянуті обмеження переміщень, сформульовані для визначених вузлів конструкції, що підлягає дії розрахункових комбінацій навантажень другої групи граничних станів. Для розв’язку сформульованої задачі оптимізації використовувався метод градієнту функції мети на поверхню активних обмежень з одночасною ліквідацією нев’язок у порушених обмеженнях. Для змінних проєктування, варіація яких повинна виконуватись відповідно до заданої множини можливих значень, запропонована методика дискретизації оптимального рішення, отриманого у неперервному просторі змінних проєктування. Виконане порівняння запропонованої оптимізаційної методології з альтернативними представленими в літературі метаеврістичними методами та алгоритмами. На розглянутій задачі параметричної оптимізації 47-мистержневої конструкції башти отримане проектне рішення масою 835.403 кг, що на 1,53…4,6 % є кращим за оптимальні рішення, отримані іншими авторами

Біографії авторів

Іван Дмитрович Пелешко, Національний університет «Львівська політехніка»

Кандидат технічних наук, доцент

Кафедра будівельного виробництва

Віталіна Віталіївна Юрченко, Київський національний університет будівництва і архітектури

Доктор технічних наук, професор

Кафедра металевих і дерев’яних конструкцій

Павло Ростиславович Русин, Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського»

Кафедра динаміки і міцності машин та опору матеріалів

Навчально-науковий механіко-машинобудівний інститут

Посилання

  1. Jawad, F. K. J., Mahmood, M., Wang, D., AL-Azzawi, O., AL-JAMELY, A. (2021). Heuristic dragonfly algorithm for optimal design of truss structures with discrete variables. Structures, 29, 843–862. doi: https://doi.org/10.1016/j.istruc.2020.11.071
  2. Dede, T., Ayvaz, Y. (2015). Combined size and shape optimization of structures with a new meta-heuristic algorithm. Applied Soft Computing, 28, 250–258. doi: https://doi.org/10.1016/j.asoc.2014.12.007
  3. Yang, X. (2010). Engineering Optimization: An Introduction with Metaheuristic Applications. John Wiley & Sons, Inc. doi: https://doi.org/10.1002/9780470640425
  4. Ahrari, A., Atai, A. A., Deb, K. (2014). Simultaneous topology, shape and size optimization of truss structures by fully stressed design based on evolution strategy. Engineering Optimization, 47 (8), 1063–1084. doi: https://doi.org/10.1080/0305215x.2014.947972
  5. Kaveh, A., Kalatjari, V. (2004). Size/geometry optimization of trusses by the force method and genetic algorithm. ZAMM - Journal of Applied Mathematics and Mechanics / Zeitschrift Für Angewandte Mathematik Und Mechanik, 84 (5), 347–357. doi: https://doi.org/10.1002/zamm.200310106
  6. Degertekin, S. O., Lamberti, L., Ugur, I. B. (2018). Sizing, layout and topology design optimization of truss structures using the Jaya algorithm. Applied Soft Computing, 70, 903–928. doi: https://doi.org/10.1016/j.asoc.2017.10.001
  7. Gonçalves, M. S., Lopez, R. H., Miguel, L. F. F. (2015). Search group algorithm: A new metaheuristic method for the optimization of truss structures. Computers & Structures, 153, 165–184. doi: https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2015.03.003
  8. Lamberti, L., Pappalettere, C. (2010). Metaheuristic Design Optimization of Skeletal Structures: A Review. Computational Technology Reviews, 4, 1–32. doi: https://doi.org/10.4203/ctr.4.1
  9. Gholizadeh, S. (2013). Layout optimization of truss structures by hybridizing cellular automata and particle swarm optimization. Computers & Structures, 125, 86–99. doi: https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2013.04.024
  10. Xiao, A., Wang, B., Sun, C., Zhang, S., Yang, Z. (2014). Fitness Estimation Based Particle Swarm Optimization Algorithm for Layout Design of Truss Structures. Mathematical Problems in Engineering, 2014, 1–11. doi: https://doi.org/10.1155/2014/671872
  11. Sonmez, M. (2011). Artificial Bee Colony algorithm for optimization of truss structures. Applied Soft Computing, 11 (2), 2406–2418. doi: https://doi.org/10.1016/j.asoc.2010.09.003
  12. Rao, R. V., Patel, V. (2012). An improved teaching-learning-based optimization algorithm for solving unconstrained optimization problems. Scientia Iranica. doi: https://doi.org/10.1016/j.scient.2012.12.005
  13. Yurchenko, V., Peleshko, I. (2022). Optimization of cross-section dimensions of structural members made of cold-formed profiles using compromise search. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (7 (119)), 84–95. doi: https://doi.org/10.15587/1729-4061.2022.261037
  14. Yurchenko, V., Peleshko, I. (2021). Methodology for solving parametric optimization problems of steel structures. Magazine of Civil Engineering, 107 (7), 10705. doi: https://doi.org/10.34910/MCE.107.5
  15. Yurchenko, V. V., Peleshko, I. D., Biliaiev, N. (2021). Application of improved gradient projection method to parametric optimization of steel lattice portal frame. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, 1164 (1), 012090. doi: https://doi.org/10.1088/1757-899x/1164/1/012090
  16. Perelmuter, A., Kriksunov, E., Gavrilenko, I., Yurchenko, V. (2010). Designing bolted end-plate connections in compliance with Eurocode and Ukrainian codes: consistency and contradictions. 10th International Conference “Modern Building Materials, Structures and Techniques”. Available at: https://www.yumpu.com/en/document/view/5533140/designing-bolted-end-plate-connections-in-compliance-with
  17. Yurchenko, V., Peleshko, I. (2020). Improved gradient projection method for parametric optimisation of bar structures. Magazine of Civil Engineering, 98 (6), 9812. doi: https://doi.org/10.18720/MCE.98.12
  18. Peleshko, I. D., Yurchenko, V. V. (2021). Parametric Optimization of Metal Rod Structures Using the Modified Gradient Projection Method. International Applied Mechanics, 57 (4), 440–454. doi: https://doi.org/10.1007/s10778-021-01096-0
  19. Salajegheh, E., Vanderplaats, G. N. (1993). Optimum design of trusses with discrete sizing and shape variables. Structural Optimization, 6 (2), 79–85. doi: https://doi.org/10.1007/bf01743339
  20. Hasancebi, O., Erbatur, F. (2001). Layout optimization of trusses using improved GA methodologies. Acta Mechanica, 146 (1-2), 87–107. doi: https://doi.org/10.1007/bf01178797
  21. Hasancebi, O., Erbatur, F. (2002). On efficient use of simulated annealing in complex structural optimization problems. Acta Mechanica, 157 (1-4), 27–50. doi: https://doi.org/10.1007/bf01182153
  22. Kaveh, A., Zaerreza, A. (2020). Size/Layout Optimization of Truss Structures Using Shuffled Shepherd Optimization Method. Periodica Polytechnica Civil Engineering. doi: https://doi.org/10.3311/ppci.15726
  23. Tang, W., Tong, L., Gu, Y. (2005). Improved genetic algorithm for design optimization of truss structures with sizing, shape and topology variables. International Journal for Numerical Methods in Engineering, 62 (13), 1737–1762. doi: https://doi.org/10.1002/nme.1244
  24. Panagant, N., Bureerat, S. (2018). Truss topology, shape and sizing optimization by fully stressed design based on hybrid grey wolf optimization and adaptive differential evolution. Engineering Optimization, 50 (10), 1645–1661. doi: https://doi.org/10.1080/0305215x.2017.1417400
  25. Jawad, F. K. J., Ozturk, C., Dansheng, W., Mahmood, M., Al-Azzawi, O., Al-Jemely, A. (2021). Sizing and layout optimization of truss structures with artificial bee colony algorithm. Structures, 30, 546–559. doi: https://doi.org/10.1016/j.istruc.2021.01.016
Оптимізація геометричної схеми та розмірів перерізів елементів ферм за наявності змішаних змінних проєктування із використанням градієнтного методу

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-12-21

Як цитувати

Пелешко, І. Д., Юрченко, В. В., & Русин, П. Р. (2023). Оптимізація геометричної схеми та розмірів перерізів елементів ферм за наявності змішаних змінних проєктування із використанням градієнтного методу. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6(7 (126), 6–18. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.292692

Номер

Том 6 № 7 (126) (2023): Прикладна механіка

Розділ

Прикладна механіка

Ліцензія

Авторське право (c) 2023 Ivan Peleshko, Vitalina Yurchenko, Pavlo Rusyn

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.