Využití optimalizačních algoritmů při návrhování konstrukcí
Loading...
Date
Authors
ORCID
Advisor
Mark
P
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Vysoké učení technické v Brně. Fakulta stavební
Abstract
Využití optimalizačních algoritmů představuje v dnešní době významnou součást při návrzích v mnoha ekonomických a průmyslových odvětvích. Vývoj výkonných výpočetních nástrojů umožňuje aplikaci náročných matematických postupů a fyzikálních jevů pro zpřesnění výpočtů a simulování reálného chování konstrukcí s dostatečnou přesností. Společně s nároky na efektivitu v rámci stavebních i jiných konstrukcí a prvků byly v rámci inženýrských programů, do jejich struktur, implementovány optimalizační algoritmy umožňující dosažení, nebo přiblížení se k optimu z hlediska daných podmínek. Tyto optimalizační techniky často představují metody matematického programování doprovázené určitými modifikacemi k rozšeření jejich využití. Cílem předložené práce „Využití optimalizačních algoritmů při návrhování stavebních konstrukcí“ je analyzování vhodnosti použití optimalizačních postupů, které jsou dostupné v široce využívaném výpočetním systému ANSYS v oblasti stavebního a strojního inženýrství. Numerické aplikace jsou provedeny v rámci multi-extrémní, jedno až tří dimenzionální optimalizační úlohy, vícerozměrné úlohy, jejíž cílem je minimalizování hmotnosti příhradové konstrukce a efektivní umístění vzduchových kapes v dřevěném sloupu s ohledem na tepelně technické vlastnost konstrukce. Analyzované optimalizační postupy jsou ve většině případů verifikovány s přesným výpočetním a grafickým řešením a důraz je kladen na zvýšení robustnosti, efektivnosti a přesnosti daných metod při navrhování běžných stavebních úloh. Optimalizační postupy představují vhodný přístup ke zvýšení efektivnosti návrhů široké škály konstrukcí a prvků ve stavebním a strojním inženýrství. Kombinací optimalizičních algoritmů a metody MKP je možné docílit velmi dobrých výsledků, přestože není, u většiny případů, zaručena robustnost řešení. Robustnost a přesnost těchto postupů může být zvýšena náležitým průzkumem návrhové oblasti a vhodnou volbou charakteristik použité optimalizační metody.
The application of optimization algorithms in the design of many economical and industrial problems currently represents a significant assignment. The development of high-powered computers allows an application of difficult mathematical techniques and physical phenomena to simulate real problems with sufficient accuracy. The optimization techniques used in engineering designs are mostly represented by modified mathematical programming methods with extension of their usability. The aim of the presented thesis "Using Optimization´s Algorithms by Designing of Structures" is to analyze the applicability of optimization procedures which are available in the widely used computing system ANSYS in civil and mechanical engineering practice. The numerical analyses were performed within the frame of multi-extreme, one to three dimensional optimization problems, multi-dimensional problems expressed by minimizing the weight of a truss beam and efficient design of air gap location in wooden studs from the point of view of thermal features of the structure. The analyzed optimization processes are in plurality verified with accurate manual computing and graphical solutions and the accent is put on optimization methods´ possibilities to improve robustness, efficiency and accuracy of the optimization algorithms in civil engineering problems´ designs. The optimization methods represent a suitable approach to improve the efficient design of a wide range of civil and mechanical engineering structures and elements. By combination of their advantages and FEM/FEA method it is possible to achieve very good results, although robustness of the solutions is not guaranteed. The robustness and accuracy of the procedure could be increased by competent exploration of design space and suitable selections of optimization methods´ features.
The application of optimization algorithms in the design of many economical and industrial problems currently represents a significant assignment. The development of high-powered computers allows an application of difficult mathematical techniques and physical phenomena to simulate real problems with sufficient accuracy. The optimization techniques used in engineering designs are mostly represented by modified mathematical programming methods with extension of their usability. The aim of the presented thesis "Using Optimization´s Algorithms by Designing of Structures" is to analyze the applicability of optimization procedures which are available in the widely used computing system ANSYS in civil and mechanical engineering practice. The numerical analyses were performed within the frame of multi-extreme, one to three dimensional optimization problems, multi-dimensional problems expressed by minimizing the weight of a truss beam and efficient design of air gap location in wooden studs from the point of view of thermal features of the structure. The analyzed optimization processes are in plurality verified with accurate manual computing and graphical solutions and the accent is put on optimization methods´ possibilities to improve robustness, efficiency and accuracy of the optimization algorithms in civil engineering problems´ designs. The optimization methods represent a suitable approach to improve the efficient design of a wide range of civil and mechanical engineering structures and elements. By combination of their advantages and FEM/FEA method it is possible to achieve very good results, although robustness of the solutions is not guaranteed. The robustness and accuracy of the procedure could be increased by competent exploration of design space and suitable selections of optimization methods´ features.
Description
Citation
FEDORIK, F. Využití optimalizačních algoritmů při návrhování konstrukcí [online]. Brno: Vysoké učení technické v Brně. Fakulta stavební. .
Document type
Document version
Date of access to the full text
Language of document
cs
Study field
Konstrukce a dopravní stavby
Comittee
Date of acceptance
2013-11-11
Defence
Result of defence
práce byla úspěšně obhájena
Document licence
Standardní licenční smlouva - přístup k plnému textu bez omezení