مطالعه تجربي و مقايسه اي بر روي رويكردهاي كنترل قيود الگوريتم هاي فراكاوشي در بهينه يابي سازه اي

مسئله بهينه سازي سازه اي را مي توان يكي از پيچيده ترين مسائل بهينه يابي در بين تمامي رشته هاي مهندسي دانست كه اين پيچيدگي از عوامل مختلفي نظير تعداد زياد متغيرهاي طراحي يا بزرگتر شدن اندازه مسئله، طبيعت عموما گسسته فضاي جستجو، و گسست غيرخطي و غير مسطح فضاي جستجو توسط قيود متعدد غير خطي و پيچيده (معيارهاي طراحي) نشات گرفته است. در دو دهه اخير پيشرفت دانش نرم افزاري و سخت افزاري علم كامپيوتر به همراه پيشرفت علم مهندسي سازه باعث گسترش چشمگير مسائل بهينه سازي سازه اي از لحاظ اندازه و تنوع تحت پيچيده ترين روش هاي تحليل و طراحي شده است. از اينرو محققان در اين زمينه به دليل ناكارآمدي و عدم پاسخگويي روشهاي كلاسيك رياضي روي به سمت الگوريتم هاي فراكاوشي آورده اند. در اين راستا ادبيات بهينه يابي سازه اي رشد قابل توجهي در سه حوزه باز براي تحقيق كه به ترتيب عبارتند از: (1) بهينه ياب (2) مدلسازي و حل مسائل مهندسي سازه اي جديد به صورت يك مسئله بهينه، و (3) تحليلگر، تجربه نموده است. تحقيق حاضر در راستاي حوزه دوم يعني نحوه مدلسازي مسائل بهينه يابي سازه اي به دنبال بررسي انواع روش هاي موجود براي كنترل قيود طراحي مي باشد. اهميت اين موضوع از اين منظر قابل توجه مي باشد كه همواره مي توان انتظار داشت كه حل هاي بهينه كلي عمدتا در مرز بين قيود و حداقل براي تعدادي از متغيرها فعال مي باشند. از اينرو قطعا نحوه كنترل قيود مي تواند تاثير مستقيم در دقت و سرعت همگرايي اين الگوريتم ها داشته باشد كه تا كنون به صورت جامع و مقايسه اي در مطالعات گذشته مورد توجه قرار نگرفته است. در راستاي اين هدف روش هاي متعدد موجود و شناخته شده كنترل قيود بررسي و سه روش تابع جريمه استاتيكي، تابع جريمه دينامكي، و روش پرواز به مرزها به عنوان متداولترين روش ها انتخاب شدند و در قالب 3 الگوريتم فراكاوشي الهام گرفته شده از چهارچوب هاي متفاوت كه به ترتيب عبارتند از الگوريتم پرنده فاخته الهام گرفته شده از زندگي اجتماعي حيوانات (CS)، الگوريتم جستجوي ذرات باردار الهام گرفته شده از قوانين فيزيكي (CSS)، و الگوريتم تبخير آب الهام گرفته شده از آب (WEO)، براي حل بهينه مسائل شاخص بهينه يابي سازه اي كوچك، متوسط و بزرگ مقياس مورد استفاده قرار گرفتند. نتايج لازم از منظر سادگي عملياتي، دقت، سرعت، و قابيلت اعتماد گردآوري و بررسي هاي صورت گرفته حاكي از تاثير بسزاي اين روش ها در نحوه عملكرد الگوريتم هاي فراكاوش مني باشد. به گونه اي كه روش تابع جريمه استاتيكي فقط براي مسائل سازه اي كوچك از منظر سادگي عملياتي و با اغماض از كاهش دقت اندك مشهود توصيه مي گردد. روش تابع جريمه ديناميكي بهترين انتخاب براي مسائل كوچك و متوسط مقياس و بهترين انتخاب در ازاي قبول مشكل تيون كردن پارامترهايش براي مسائل سازه اي بزرگ مقياس مي باشد. روش پرواز به مرزها به عنوان روش مناسب از منظر سادگي عملياتي و با كاهش اندك دقت همگرايي به عنوان روش مناسب براي هر نوع اندازه مسئله بيهنه يابي سازه اي توصيه مي گردد.