Bibliographische Detailangaben
| Titel: |
Robust and reliability-based design optimization of steel beams. |
| Alternate Title: |
Optymalizacja odpornościowa i niezawodnosciowa stalowych belek. (Polish) |
| Autoren: |
Zabojszcza, Paweł, Radoń, Urszula, Tauzowski, Piotr |
| Quelle: |
Archives of Civil Engineering (Polish Academy of Sciences); 2023, Vol. 69 Issue 4, p125-140, 16p |
| Schlagwörter: |
BUILDINGS, PRODUCTION control, RISK managers, CONSTRUCTION contractors, PRODUCTION scheduling |
| Abstract (English): |
In line with the principles of modern design a building structure should not only be safe but also optimized. In deterministic optimization, the uncertainties of the structures are not explicitly taken into account. Traditionally, uncertainties of the structural system (i.e. material parameters, loads, dimensions of the cross-sections) are considered by means of partial safety factors specified in design codes. Worth noticing, that optimal structures are sensitive to randomness design parameters and deterministic optimal solutions may lead to reduced reliability levels. It therefore seems natural to extend the formulation of deterministic optimization with the random scatter of parameter values. Such a formulation is offered by robust optimization and reliability-based design optimization. The applicability of RBDO is strongly dependent on the availability of the joint probability density function. A formulation of non-deterministic optimization that better adapts to the design realities is robust optimization. Unlike RBDO optimization, this formulation does not require estimation of failure probabilities. In the paper using the examples of steel beams, the authors compare the strengths and weaknesses of both formulations. [ABSTRACT FROM AUTHOR] |
| Abstract (Polish): |
Analiza wpływu, jaki na modelowane zjawisko ma losowy charakter opisujacych je parametrów jest niezwykle istotna w procesie optymalnego projektowania. Rozwiazania, które spełniaja swoja funkcje dla nominalnych wartosci parametrów moga okazac sie nie do zaakceptowania po uwzglednieniu losowych imperfekcji. Imperfekcje te moga dotyczyc nieuniknionego rozrzutu parametrów materiałowych, wymiarów, oddziaływan zewnetrznych. W analizowanej pracy zmiennosc parametrów materiałowych opisuje moduł Younga 𝐸 ze współczynnikiem zmiennosci równym 3%. Rozrzut wymiarów geometrycznych przekroju poprzecznego opisuja zmienne D, d ze współczynnikiem zmiennosci 2%. Oddziaływanie zewnetrzne definiuje obciazenie równomiernie rozłozone 𝑄 o współczynniku zmiennosci równym 2%. Rezultaty optymalizacji deterministycznej, przy zachowaniu zdefiniowanych wczesniej współczynników zmiennosci, okazały sie całkowicie nieprzydatnymi. Prawdopodobienstwa awarii obliczone dla stanu granicznego nosnosci i stanu granicznego uzytkowania sa bardzo wysokie. Dazac do znalezienia rozwiazania niewrazliwego na trudne do kontrolowania imperfekcje parametrów modelu lub oddziaływan zewnetrznych mamy do dyspozycji dwie opcje. Pierwsza z nich to optymalizacja typu robust. Druga to optymalizacja oparta na niezawodnosci tzw. RBDO. Jezeli zagwarantowanie wysokiego poziomu bezpieczenstwa jest najwazniejszym wymaganiem stawianym projektowanej konstrukcji warto wybrac RBDO. W ramach RBDO, ograniczenia projektowe formułowane sa za pomoca prawdopodobienstw awarii. Mozliwosc zastosowania RBDO jest silnie uwarunkowana dostepnoscia łacznej funkcji gestosci prawdopodobienstwa. Od precyzyjnego modelu stochastycznego zalezy wiarygodnosc szacowanych wartosci prawdopodobienstwa awarii. Sformułowaniem optymalizacji niedeterministycznej, które lepiej dopasowuje sie do realiów projektowych jest optymalizacja typu robust. Celem optymalizacji odpornosciowej powinna byc jednoczesna minimalizacja wartosci sredniej oraz odchylenia standardowego funkcji celu. W odróznieniu od optymalizacji RBDO, sformułowanie to nie wymaga szacowania prawdopodobienstw awarii. Losowy charakter odpowiedzi konstrukcji uwzgledniany jest poprzez definicje funkcji celu i ograniczen, zawierajacych wartosci srednie oraz wariancje. Złozonosc obliczeniowa tego podejscia wiaze sie z uzyciem efektywnych metod szacowania momentów statystycznych. Wpracy do obliczen RBDO wykorzystano moduł Costrel srodowiska obliczeniowego Strurel. Wmodule Costrel obliczenia realizowane sa zgodnie z idea metod jednopoziomowych. Celem tych metod jest wyeliminowanie wewnetrznej petli zwiazanej z analiza niezawodnosci poprzez rozszerzenie zbioru zmiennych decyzyjnych oraz zastapienie ograniczen niezawodnosciowych poprzez kryteria optymalnosci zadan poszukiwania punktów projektowych. Obliczenia zwiazane z „robust” optymalizacja wykonano za pomoca oprogramowania Numpress Explore. Odpowiednia aproksymacja funkcji celu i ograniczen ma kluczowe znaczenie dla efektywnosci oraz zbieznosci przeprowadzanych analiz. W pracy wykorzystano metode krigingu w wersji aproksymacyjnej wraz z planem eksperymentu opartym na koncepcji optymalnej łacinskiej hiperkostki. Obserwujac wyniki uzyskane w „robust” optymalizacji i RBDO, mozemy zobaczyc ich zbieznosc dla przykładu 1 w przypadku C i A (Tabela 3) oraz dla przykładu 2 w przypadku B i D (tabela 5). Oba rozwiazania daja poziom prawdopodobienstwa awarii na poziomie akceptowalnym w normach. Dodatkowo autorzy zdecydowali sie sprawdzic poziom prawdopodobienstwa awarii dla rozwiazania D = 8–0 cm, d = 6–5 cm (przypadek 1) oraz D = 7–1 cm, d = 5–4 cm (przypadek 2), zarówno dla stanu granicznego nosnosci jak i stanu granicznego uzytkowania. Zweryfikowano równiez wskaznik niezawodnosci oraz prawdopodobienstwo awarii dla nowo załozonych wymiarów. Dla przypadku 1 wyniosły one odpowiednio dla SGU i SGN: βSGU N = 1–423 i βSGN N = 3–697, pSGU f N = 0–077 i pSGN f N = 1e-04, natomiast dla przypadku 2 dla SGU i SGN: βSGU N = 2–1 i βSGN N = 3–75, pSGU f N = 0–018 i pSGN f N = 8–98e-05. Z punktu widzenia inzynierskiego te rozwiazania sa optymalne. [ABSTRACT FROM AUTHOR] |
|
Copyright of Archives of Civil Engineering (Polish Academy of Sciences) is the property of Polish Academy of Sciences and its content may not be copied or emailed to multiple sites without the copyright holder's express written permission. Additionally, content may not be used with any artificial intelligence tools or machine learning technologies. However, users may print, download, or email articles for individual use. This abstract may be abridged. No warranty is given about the accuracy of the copy. Users should refer to the original published version of the material for the full abstract. (Copyright applies to all Abstracts.) |
| Datenbank: |
Complementary Index |
Full Text Finder 
Nájsť tento článok vo Web of Science