طراحی پی با استفاده از بهینه سازی توپولوژیک

نویسندگان
1 دانشجوی دکترای عمران- سازه/ دانشگاه صنعتی نوشیروانی بابل
2 دانشیار دانشکده عمران/ دانشگاه تربیت مدرس
چکیده
در این مقاله طراحی بهینه پی با استفاده همزمان از بهینه سازی توپولوژیک و ابعادی مورد بررسی قرار گرفته است. مدل مورد استفاده از المان های صفحه ای برای پی گسترده، المان های حجمی برای خاک و المان های فشاری برای اتصال خاک و پی تشکیل شده است. تحلیل و طراحی به صورت الاستیک و سه بعدی تحت یک بارگذاری معین انجام می گیرد. با توجه به وابستگی تعداد متغیرهای طراحی به تعداد المان های محدود در فضای طراحی که عموما زیاد می باشند، استفاده از روش های کلاسیک در بهینه سازی توپولوژیک سازه ها غیر عملی است. از این رو در این مقاله از روشی نوین برای ایجاد توپولوژی بهینه استفاده می شود که ایده اصلی آن بر مبنای کارایی المان های واسط بین خاک و پی در انتقال نیروهای فشاری به خاک می باشد. این الگوریتم جدید المان هایی از پی که بدون فشار یا تحت فشار اندک قرار دارند را حذف میکند. بهینه سازی کلی از دو فاز مجزای بهینه سازی توپولوژیک و بهینه سازی ابعادی تشکیل شده است. بهینه سازی ابعادی شامل تعیین ضخامت و درصد آرماتورهای خمشی بهینه پی می باشد. پروسه بهینه سازی ابعادی و توپولوژی متعاقبا تکرار می شود تا دیگر پیشرفتی در بهینه سازی صورت نگیرد. کارایی روش پیشنهادی در این مقاله با حل چهار مثال عددی مورد بررسی قرار گرفته است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله English

Foundation design using topology optimization

نویسندگان English

fatemeh zahedi tajrishi 1
hamid moharami 2
hamid moharami 2
1 civil department of university of technology/ph.d student
2 tarbiat modares university
چکیده English

In this paper a methodology for design optimization of foundation of structures has been proposed. The structural model comprises three different finite elements, i.e. plate elements for mat foundation, solid elements for soil and some compression-only members for connection of foundation to soil. To facilitate the optimization algorithm, a 3D analysis is performed in the elastic range under one design loading. Due to numerous finite elements and accordingly considerable number of design variables, the classical topology optimization algorithms become inefficient for solution of the problem. Therefore in this paper an innovative topology optimization algorithm, which does work based on efficiency of foundation elements, is proposed. This new algorithm cuts out the foundation elements that do not bear (or bear low value) compression under design load(s). The overall optimization methodology consists of two phase optimization: namely topology optimization and size optimization. After every topology optimization, an analysis is done and a size optimization algorithm is used to proportion the thickness of the foundation and corresponding reinforcement. The consequent topology and size optimization processes are repeated until no enhancement is obtained in the design. The capabilities of the proposed method have been shown by four design example.

کلیدواژه‌ها English

compression-only member
topology
size optimization
solid element
plate element