Üç Boyutlu Konsol Kirişlerde Topoloji Optimizasyonu Uygulamaları

Year 2010, Volume: 2 Issue: 1, 54 - 57, 15.01.2010

Fatih Mehmet Özkal , Habib Uysal

Abstract

Sayısal tabanlı yapısal topoloji optimizasyonu problemlerinin üstesinden gelebilmek için malzemenin en etkili şekilde kullanımını gözeterek geliştirilen evrimsel yapı optimizasyonu (ESO) yönteminde mevcut ve hedeflenen koşullar dâhilinde yapı davranışına etki eden birçok kıstas dikkate alınmakta ve nihayetinde yapı içerisindeki gerilmelerin düzgün dağılımı sağlanarak en uygun yani düşük değerde ağırlığa ve yüksek değerde rijitliğe sahip yapılara ulaşılmaktadır. Yapı tasarımlarını geliştirme ve en uygun hale getirme yönünden nispeten yeni bir tasarım aracı olan ESO, başlangıç tasarım alanındaki elemanların bir döngü içerisinde kademeli olarak kaldırıldığı buluşsal bir yöntemdir. Uygun bir tasarım elde edilene ya da istenilen belirli bir hacme ulaşılana dek bu işlemler devam ettirilmekte ve süreç sonunda elde edilen tasarımın uygulanabilirliği irdelenerek nihai karar verilmektedir. Bu yöntem, esasında basit bir temel üzerine oturtulmuş olmasına rağmen takip eden yıllarda farklı araştırmacılar tarafından yapılan katkılarla akademik başarı bir hayli yükseltilmiştir. Bu çalışma kapsamında boyut ve şekil optimizasyonu yöntemlerine kıyasla kullanım alanı daha geniş olan topoloji optimizasyonu temelindeki ESO yöntemi ile üç boyutlu konsol kirişler üzerinde çeşitli uygulamalar yapılmış ve elde edilen tasarımların çubuk analojisi yöntemine uyarlanabilirliği irdelenmiştir.

Keywords

Topoloji optimizasyonu, evrimsel yöntem, konsol kirişler

Üç Boyutlu Konsol Kirişlerde Topoloji Optimizasyonu Uygulamaları

Abstract

Evolutionary structural optimization which has been constituted to deal with numerical structural topology optimization problems by considering use of material in the most effective way and also many criterions related to present and aimed conditions, uniform distribution of interior stresses and the most optimum structure which has least weight and most stiffness are aimed to reach. It is a heuristic method where a few elements of an initial design domain of finite elements are iteratively removed. Such a process is carried out repeatedly until an optimum design is achieved, or until a desired given volume is reached and final decision is made by evaluating the applicability of the last design formed after the process. Although this method is based on a simple idea, academic success towards ESO has been raised by the contributions of various researchers in the following years. Topology optimization is a more effective method in comparison with size and shape optimization methods. Some 3D cantilever beam examples of ESO which works essentially on topology optimization are presented and adaptation of these designs to strut-and-tie model is investigated in this paper.

Keywords

Topology optimization, evolutionary method, cantilever beams

References

• [1] Zhou, M., Pagaldipti, N., Thomas, H.L., Shyy, Y.K., “An integrated approach to topology, sizing, and shape optimization” Structural and Multidisciplinary Optimization 26(5) 308–317, 2004. [2] Chu, D.N., Xie, Y.M., Hira, A., Steven, G.P., “On various aspects of evolutionary structural optimization for problems with stiffness constraints” Finite Elements in Analysis and Design 24(4) 197–212, 1997. [3] Li, Q., Steven, G.P., Xie, Y.M., “Displacement minimization of thermoelastic structures by evolutionary thickness design” Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 179(3–4) 361–378, 1999. [4] Guan, H., Chen, Y.J., Loo, Y.C., Xie, Y.M., Steven, G.P., “Bridge topology optimisation with stress, displacement and frequency constraints” Computers and Structures 81(3) 131–145, 2003. [5] Özkal, F.M., “Evrimsel Yapı Optimizasyonu ile Kirişlerde En Uygun Tasarımın Belirlenmesi” Yüksek Lisans Tezi, Atatürk Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Erzurum, Türkiye, 2006. [6] Ersoy, U., Özcebe, G., “Betonarme” Evrim Yayınevi, 2001. [7] Kömür, M., “Betonarme kirişlerin kafes kiriş analojisinde fuzzy mantığı yaklaşımı” Y.Lisans Tezi, Fırat Üniversitesi Fen Bilimleri Enstitüsü, Elazığ, Türkiye, 1996. [8] Tanskanen, P., “The evolutionary structural optimization method: Theoretical aspects” Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 191(47–48) 5485–5498, 2002. [9] Bendsøe, M.P., Kikuchi, N., “Generating optimal topologies in structural design using a homogenization method” Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering 71(2) 197–224, 1988. [10] Xie, Y.M., Steven, G.P., “Evolutionary Structural Optimization” Springer-Verlag, 1997. [11] Xie, Y.M., Steven, G.P., “A simple evolutionary procedure for structural optimization” Computers and Structures 49(5) 885–896, 1993. [12] Hinton, E., Sienz, J., “Fully stressed topological design of structures using an evolutionary