طراحي بهينه بر مبناي قابليت اعتماد سازه ها با استفاده از الگوريتم كرم شب تاب

Reliability-Based Design Optimization of Structures using Firefly Algorithm

در مهندسي سازه تامين ايمني سازه‌ها با رعايت ملاحظات اقتصادي از اهداف بسيار حياتي ميباشد. طراحي بهينه بر مبناي قابليت اعتماد سازه در جستجوي يافتن بهترين توازن ما بين ايمني و هزينه – با درنظر گرفتن عدم قطعيت هاي سازه و بار– مي باشد. در دهه هاي اخير روش هاي متعددي براي حل اين نوع مسايل مورد استفاده قرار گرفته، كه هزينه ي محاسباتي بالا و فرآيند دشوار يافتن پاسخ، بزرگترين چالش پيش روي اين روش ها مي باشد. در اين پژوهش روش شبيه سازي وزني كه يكي از روش هاي نوين و موثر براي محاسبه شاخص قابليت اطمينان و احتمال خرابي سازه مي باشد، براي تحليل قابليت اعتماد مورد استفاده قرار گرفته است. از مزاياي اين روش كاهش قابل توجه هزينه ي محاسباتي در عين دقت مناسب نتايج نهايي مي باشد. براي بهينه سازي نيز با در نظر گرفتن حداقل شاخص قابليت اعتماد به عنوان يك قيد، به دنبال كمينه كردن تابع هدف كه در اين پژوهش ميزان مصالح مصرفي (وزن سازه) در نظر گرفته شده، از الگوريتم كرم شب تاب استفاده شده است. الگوريتم كرم شب تاب از جمله الگوريتم هاي فرااكتشافي تصادفي پركاربرد الهام گرفته شده از طبيعت مي باشد كه در آن شدت نور متصاعد شده از حشرات شب تاب با تابع هدف ارتباط داده ميشود. نتايج مثال عددي و مقايسه آن با نتايج ساير روش هاي متناظر گوياي اين است كه با استفاده از اين روش ضمن حفظ سطح قابليت اعتماد مورد نظر، به نسبت ساير روش هاي مقايسه شده وزن سازه و ميزان مصالح مصرفي نيز كاهش پيدا كرده است.

In structural engineering, it is vital to design structures by providing pre-defined performance objectives economically. Reliability-based design optimization (RBDO) is looking for the best balance between safety and cost, by considering uncertainties in structural parameters and loading conditions. In recent decades, several methods have been used to solve RBDO problem. However, most of these methods suffer from high computational cost of solving the problem as a big challenge. In this paper, weighted simulation method, one of the newest and most effective methods for simulation-based reliability assessment methods, has been used for reliability analysis and evaluation of probabilistic constraints. The advantages of this method are a significant reduction in the computational cost and the proper accuracy of the final results. For minimizing the objective function, which is the weight of structure in this paper, Firefly algorithm (FA) is utilized. The FA is a stochastic metaheuristic approach based on the idealized behavior of the flashing characteristics of fireflies. In FA, the flashing light can be formulated in way that it is associated with the objective function to be minimized. The numerical example results indicate that using the proposed method leads to the optimum design solutions better than other methods in the literature without violating reliability constraints.