Çeşitli Yüklemelere Maruz Bir Kirişin Evrimsel Yapi Optimizasyonu İle Tasarimi

Abstract

Xie ve Steven tarafından sayısal tabanlı yapısal topoloji optimizasyonu problemlerinin üstesinden gelebilmek için 1993 yılında evrimsel yapı optimizasyonu (ESO) yöntemi geliştirilmiştir. Bu yöntem, esasında basit bir temel üzerine oturtulmuş olmasına rağmen takip eden yıllarda farklı araştırmacılar tarafından yapılan katkılarla akademik başarı bir hayli yükseltilmiştir. 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 çalışmada evrimsel yapı optimizasyonu yöntemine dayanan bir optimizasyon programı hazırlanarak muhtelif yüklemelere ve mesnet koşullarına maruz kirişlerin en uygun tasarımları aranmıştır. Çözülen problemlerden alınan sonuçlar, söz konusu yöntemin üstünlüklerini de gözler önüne serecektir. Optimizasyon programı, süreç kontrolünü artırmak amacıyla Maple’da hazırlanmış ve statik analiz için ise ANSYS kullanılmıştır. Yapıdaki von Mises gerilmeleri göz önünde bulundurularak gerçekleştirilen optimizasyon işlemleri sonucunda nispeten düzgün yayılı gerilme dağılımına maruz, kafes benzeri tasarımlara ulaşılmış ve elde edilen bu nihai tasarımlarda başlangıç hacmine göre %90’a varan oranlarda azalma görülmüştür.

Evolutionary structural optimization (ESO) method has been presented by Xie and Steven in 1993 to deal with numerical structural topology optimization problems. 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. ESO is a relatively new design tool used to improve and optimize the design of structures. 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. In this study, an optimization program performing evolutionary structural optimization has been coded and optimum design of beams under various loading and support conditions has been searched. The results of the solved problems will show the superiorities of this method. The optimization program has been coded in Maple to increase the control of process and ANSYS has been used for structural analysis. By the optimization progress, considering von Mises stresses of the structure, relatively fully stressed and trusslike designs have been achieved and however, the final designs have shown weight saving up to 90% compared to the initial designs.