طراحی برای قابلیت اطمینان: بهینه‌سازی سازه‌های بحرانی با استفاده از تحلیل فاصله بی‌نظمی

نوع مقاله: مقاله علمی پژوهشی

نویسندگان

گروه مهندسی هوافضا- دانشکده علوم و فنون نوین دانشگاه تهران- تهران- ایران

چکیده

در این مقاله، یک روشِ طراحی برای قابلیت‌اطمینانِ سازه‌های بحرانی ارائه شده است. روش فاصله بی-نظمی برای تحلیل قابلیت‌اطمینان ارائه شده و در چارچوب مناسبی با الگوریتم بهینه‌سازی تلفیق شده-است. علیرغم پیشرفت‌هایی که در زمینه قابلیت‌اطمینان و بهینه‌سازی صورت گرفته، هنوز در حوزه سازه-های بحرانی چالش‌های محاسباتی وجود دارد. در روش فاصله بی‌نظمی، واریانس نمونه‌های تصادفی لازم برای شبیه‌سازی مونت‌کارلو کاهش یافته و امکان تحلیل قابلیت‌اطمینان قیود بحرانی فراهم می‌شود. این روش بر روی دو نمونه طراحی سازه‌ای پیاده‌سازی شده و نتایج نشان می‌دهد که این روش در مقایسه با روش ضریب اطمینان، قابلیت‌اطمینان سازه را افزایش می‌دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


 

[1] Mohammadzadeh, H., and Abolbashari, M. H., “Reliability Based Topology Optimization for Maximizing Stiffness and Frequency Simultaneously”, Modares Mechanical Engineering, Vol. 17, No. 4, pp. 111-116, (2017).

 

[2] Zhao, Y., and Ono, T., “A General Procedure for First/Second-order Reliability Method (FORM/ SORM)”, Structural Safety, Vol. 21, No. 2, pp. 95–112, (1999).

 

[3] Xiu, D., and Karniadakis, G., “The Wiener-Askey Polynomial Chaos for Stochastic Differential Equations”, SIAM Journal on Scientific Computing, Vol. 24, No. 2, pp. 619-644, (2002).

 

[4] Xiu, D., Lucor, D., Su, C., and Karniadakis, G., “Stochastic Modeling of Flow-structure Interactions using Generalized Polynomial Chaos”, Journal of Fluids Engineering, Vol. 124, No. 51, pp. 51-59, (2002).

 

[5] Wang, H., Gong, ZH., Huang, H., Zhang, X., and Lv, ZH., “System Reliability Based Design Optimization with Monte Carlo Simulation”, Quality, Reliability, Risk, Maintenance, and Safety Engineering, International Conference on  Quality, Reliability, Risk, Maintenance, and Safety Engineering, Chengdu, China, pp. 1143-1147, (2012).

 

[6] Padmanabhan, D., Agarwal, H., Renaud, J.E., and Batill, S.M., ”Monte Carlo Simulation in Reliability-based Optimization using Approximation Concepts”, Uncertainty Modeling and Analysis, Fourth International Symposium on Uncertainty Modeling and Analysis, College Park, MD, USA, pp. 298-303, (2003).

 

[7] Rubinstein, R. Y., and Kroese, D. P., “The Cross-entropy Method: A Unified Approach to Combinatorial Optimization”, Monte-Carlo Simulation and Machine Learning, New York, Springer-Verlag, pp. 29-58, (2004).

 

[8] Pupashenko, M., “Minimizing Variance and Cross-entropy Importance Sampling Methods for Rare Event Simulation”, MSc. Thesis, University of Kaiserslautern, Kaiserslautern, Germany, (2011).

 

[9] Pugazhendhi, K., and Dhingra, A.K., “Structural Reliability Analysis with Cross Entropy and Low Discrepancy Sampling Methods”,Proceedings of the ASME 2011 International Mechanical Engineering, Denver, Colorado, USA, pp. 521-530, (2011).

 

 [10] Hui, K.P., Bean, N., Kraetzl, M., and Kroese, D. P., “The Cross Entropy Method for Network Reliability Estimation”, Annals of Operations Research,Vol. 134, No. 1, pp. 101–118, (2005).

 

[11] Agarwal, H., “Reliability Based Design Optimization: Formulations and Methodologies”, PhD Thesis, University of Notre Dame, Notre Dame, Netherlands, (2004).

 

[12] Choi, S.K., Ramana, V.G., and Robert, A.C., “Reliability-based Structural Design”, 1st Ed., Springer-Verlag, (2007).

 

[13] Rubinstein, R. Y., and Kroese, D. P., “Simulation and the Monte Carlo Method”, 2nd Ed., John Wiley & Sons, (2007).

 

[14] Kroese, D. P., Taimre, T., and Botev, Z. I., “Handbook of Monte Carlo Methods”, 1st Ed., John Wiley & Sons, (2011).

 

[15] باجلان، مهدی، "بهینه­سازی چندموضوعی طراحی مفهومی ماهواره بر مبنای قابلیت اطمینان"، پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشگاه تهران، (1392).

 

[16] Yao, W., Wen YaoXiaoqian ChenWencai LuoMichelvan ToorenJian Guo, “Review of Uncertainty-based Multidisciplinary Design Optimization Methods for Aerospace Vehicles”, Progress in Aerospace Science, Vol. 47, No. 6, pp. 450-479, (2011).

 

[16] فکور، مهدی؛ محمدزاده، پرویز؛ باجلان، مهدی، "تحلیل قابلیت اطمینان چندقیدی با استفاده از روش فاصله بی نظمی"، مجله مکانیک تربیت مدرس، جلد 14، شماره 3، صفحه 1-6، (1393).

 

[18] Engelund, S., and Rackwitz, R., “A Benchmark Study on Importance Sampling Techniques in Structural Reliability”, Structural Safety, Vol. 12, No. 4, pp. 255–276, (1993).

 

[19] Aminpour, M.A., Shin, Y., Sues, R.H., and Wu, Y.T., “A Framework for Reliability Based MDO of Aerospace Systems”, 43rd AIAA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference, Denver, Colorado, USA, pp. 1-8, (2002).

 

[20] Srivastava, R.K., and Deb, K., “An EA-based Approach to Design Optimization using Evidence Theory”, Proceedings of the 13th Annual Conference on Genetic and Evolutionary Computation, New York, NY, USA, pp. 1139-1146, (2011).