KATMANLI KOMPOZİT KİRİŞLERİN GENETİK ALGORİTMA İLE OPTİMİZASYONU



Benzer belgeler
Tabakalı Kompozit Bir Malzemenin Genetik Algoritma Yöntemiyle Rijitlik Optimizasyonu

BÖLÜM 1 GİRİŞ Problem ve Önemi

BÖLÜM 1 GİRİŞ Problem ve Önemi

İNCE CİDARLI KOMPOZİT KİRİŞLERİN STATİK VE DİNAMİK ANALİZİ

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Tabakalı Kompozit Plakların Sonlu Farklar Yöntemi ile Statik Analizi Static Analysis of Laminated Composite Plates by Finite Difference Method

KOMPOZİT BİR HELİKOPTER PALİNİN KATMAN DİZİLİMLERİNİN PAL TİTREŞİM ÖZELLİKLERİ ÜZERİNDEKİ ETKİSİNİN İNCELENMESİ

DÖRTGEN DELİKLİ KOMPOZİT LEVHALARDA ELASTO- PLASTİK GERİLME ANALİZİ

Elastisite Teorisi Hooke Yasası Normal Gerilme-Şekil değiştirme

Üzerinde birden fazla yay-kütle sistemi bulunan eksenel yük etkisi altındaki kirişlerin serbest titreşim analizi

Kürleşme sıcaklığı ve süresinin cam/polyester kompozit kirişlerin serbest titreşim ve burkulma davranışına etkileri

İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

YÖNEYLEM ARAŞTIRMASI - III

İÇİNDEKİLER. ÖNSÖZ... iii İÇİNDEKİLER... v

Prof.Dr. BEYTULLAH TEMEL

Silindirik Kabuk Yapıların Burulmalı Titreşim Davranışının İncelenmesi

KOMPOZĐT VE SANDVĐÇ KĐRĐŞLERDEKĐ HASAR ŞĐDDETĐNĐN TĐTREŞĐM BAZLI ANALĐZLER VE YAPAY SĐNĐR AĞLARI ĐLE TESPĐTĐ

Zeki Optimizasyon Teknikleri

ELYAF TAKVİYELİ KOMPOZİT MALZEMELER İÇİN MİKROMEKANİK ESASLI KIRIM KISTASI EMRE FIRLAR KAAN BİLGE MELİH PAPİLA 0º 90º 90º 0º

ÇUKUROVA ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

vii TABLOLAR LİSTESİ

KADEMELENDİRİLMİŞ KÖPÜK MALZEMELERİN SANDVİÇ KİRİŞİN DARBE DAVRANIŞINA ETKİSİ

PETEK YAPILI SANDVİÇ YAPILARDA KÖPÜK DOLGUNUN KRİTİK BURKULMA YÜKÜNE ETKİSİNİN SAYISAL OLARAK TESPİTİ

Aktif Titreşim Kontrolü için Bir Yapının Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Modelinin Elde Edilmesi ve PID, PPF Kontrolcü Tasarımları

Elastisite Teorisi Düzlem Problemleri için Sonuç 1

DEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MÜHENDİSLİK BİLİMLERİ DERGİSİ Cilt: 14 Sayı: 42 sh EKİM 2012

Simetrik Katmanlı İnce Dikdörtgen Kompozit Plakların Burkulması

SONLU ELEMANLAR YÖNTEMI ile (SAP2000 UYGULAMASI) 3D Frame Analysis. Reza SHIRZAD REZAEI

Düzlem Kafes Sistemlerin ANSYS Paket Programı ile Optimum Geometri Tasarımı

KOMPOZİT TEKNE KARİNASININ SONLU ELEMANLAR METODUYLA YAPISAL DAYANIM ANALİZLERİNİN GERÇEKLEŞTİRLMESİ

DÜZGÜN YAYILI YÜKE MARUZ ORTOTROPİK KOMPOZİT ANKASTRE KİRİŞTE SEHİM HESABI

burada: ([ K] [ S] λ (2)

Mukavemet-I. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş


UYGULAMALI ELASTİSİTE TEORİSİ

TEKNOLOJİK ARAŞTIRMALAR

BAL PETEĞİ SANDVİÇ KOMPOZİT YAPILARIN DİNAMİK ANALİZİ

ÖZGEÇMİŞ VE YAYINLAR LİSTESİ

Genetik Algoritmalar. Bölüm 1. Optimizasyon. Yrd. Doç. Dr. Adem Tuncer E-posta:

1.1 Yapı Dinamiğine Giriş

Nedim TUTKUN Düzce Üniversitesi Elektrik-Elektronik Mühendisliği Bölümü Düzce-Türkiye

KİRİŞ BENZERİ YAPILARDA TESTERE KESİĞİ TİPİ HASARLARIN BİRLEŞİK GENETİK ALGORİTMA VE LİNEER OLMAYAN OPTİMİZASYON İLE TESPİTİ

Yrd.Doç. Dr. Tülin ÇETİN

ÖZGEÇMİŞ Ad Soyad :Yrd.Doç:Dr.Hüseyin MUTLU Eğitim Durumu

ELASTİSİTE TEORİSİ I. Yrd. Doç Dr. Eray Arslan

YZM 5257 YAPAY ZEKA VE UZMAN SİSTEMLER DERS#6: GENETİK ALGORİTMALAR

KODU DERSİN ADI SORUMLUSU YER P.TESİ SALI ÇARŞ PERŞ CUMA Yüksek Lisans Tezi Doç. Dr. Tayfun DEDE

Aktif Titreşim Kontrolü için Bir Yapının Sonlu Elemanlar Yöntemi ile Modelinin Elde Edilmesi ve PID, PPF Kontrolcü Tasarımları

Kompozit Malzemeler ve Mekaniği. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

Kirişlerde Kesme (Transverse Shear)

ERCİYES ÜNİVERSİTESİ KİMYA ANABİLİM DALI

Prof. Dr. Vebil Yıldırım

Elastisite Teorisi Polinomlar ile Çözüm Örnek 2

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

PERDELERDEKİ BOŞLUKLARIN YATAY ÖTELENMEYE ETKİSİ. Ayşe Elif ÖZSOY 1, Kaya ÖZGEN 2 elifozsoy@hotmail.com

MODELLEME TEKNİKLERİNİN MEVCUT BİNALARIN DEPREM PERFORMANSI ÜZERİNE ETKİLERİNİN ARAŞTIRILMASI

Mühendislik Mekaniği Statik. Yrd.Doç.Dr. Akın Ataş

ANLIK BASINÇ YÜKÜ ALTINDAKİ BASİT MESNETLİ PLAKLARIN DİNAMİK DAVRANIŞININ DİFERANSİYEL KARELEME YÖNTEMİ İLE İNCELENMESİ

İTÜ DERS KATALOG FORMU (COURSE CATALOGUE FORM)

Yapısal Analiz Programı SAP2000 Bilgi Aktarımı ve Kullanımı. Doç.Dr. Bilge Doran

İÇERİSİ BETON İLE DOLDURULMUŞ ÇELİK BORU YAPI ELEMANLARININ DAYANIMININ ARAŞTIRILMASI ÖZET

Ders Kodu Ders Adı İngilizce Ders Adı TE PR KR AKTS Ders Kodu Ders Adı İngilizce Ders Adı TE PR KR AKTS

SERİ ÇİFT PİMLİ SANDVİÇ KOMPOZİT PLAKALARDAKİ HASAR YÜKÜNÜN YAPAY ZEKÂ TEKNİKLERİ KULLANARAK BULUNMASI

SONLU ELEMANLAR (FINITE ELEMENTS) YÖNTEMİ

İSTANBUL TEKNİK ÜNİVERSİTESİ FEN BİLİMLERİ ENSTİTÜSÜ

MMU 420 FINAL PROJESİ

Mekanik. Mühendislik Matematik

T.C. KONTROLÜ. Tezi Hazırlayan Mustafa YILDIRIM. Tezi Yöneten Prof.Dr. Mustafa Kemal APALAK

BASİT EĞİLME ETKİSİNDEKİ BETONARME ELEMANLARIN MOMENT-EĞRİLİK VE TASARIM DEĞİŞKENLERİ ÜZERİNE ANALİTİK BİR İNCELEME

Elastik Zemine Oturan Çapraz Tabakalı Kompozit Kalın Plakların Serbest Titreşim Analizi

Tablo 5.1. Sekiz Yarıyıllık Lisans Eğitim-Öğretim Planı

BURSA TEKNİK ÜNİVERSİTESİ DOĞA BİLİMLERİ, MİMARLIK VE MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MAKİNE MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ 3 NOKTA EĞME DENEYİ FÖYÜ

T.C. TRAKYA ÜNİVERSİTESİ MÜHENDİSLİK MİMARLIK FAKÜLTESİ MAKİNA MÜHENDİSLİĞİ BÖLÜMÜ

Zeki Optimizasyon Teknikleri

KİRİŞLERDE PLASTİK MAFSALIN PLASTİKLEŞME BÖLGESİNİ VEREN BİLGİSAYAR YAZILIMI

BİLGİSAYAR DESTEKLİ TASARIM HAFTA 6 COSMOSWORKS İLE ANALİZ

SAP2000 de önceden saptanan momentler doğrultusunda betonarme plak donatısı hesapları şu makale doğrultusunda yapılmaktadır:

Geriye Yayılım ve Levenberg Marquardt Algoritmalarının YSA Eğitimlerindeki Başarımlarının Dinamik Sistemler Üzerindeki Başarımı. Mehmet Ali Çavuşlu

KİNETİK MODEL PARAMETRELERİNİN BELİRLENMESİNDE KULLANILAN OPTİMİZASYON TEKNİKLERİNİN KIYASLANMASI

Zeki Optimizasyon Teknikleri

PERDELĠ BETONARME YAPILAR ĠÇĠN DOĞRUSAL OLMAYAN ANALĠZ METOTLARI

PLANE LOADED COMPOSITE LAMINATE PLATES RESIDUAL STRESS ANALYSIS

Yapisal Analiz Programi SAP2000 Bilgi Aktarimi ve Kullanimi

DOĞAL GAZ & ENERJİ YÖNETİMİ BİLDİRİLER KİTABI

Kağızman 10/03/1974. Mühendislik Fakültesi. Mühendislik Fakültesi

YÖNEYLEM ARAŞTIRMASI - III

INM 308 Zemin Mekaniği

REZA SHIRZAD REZAEI 1

Elde tutulan bir kağıt bir kenarından düz olarak tutulduğunda kolayca eğilir ve kendi ağırlığını bile taşıyamaz. Aynı kağıt kıvrılarak, hafifçe

Kesit Tesirleri Tekil Kuvvetler

Elastik Zeminlere Oturan Plakların Sonlu Izgara Yöntemi ile Yaklaşık Çözümü *

DEÜ MÜHENDİSLİK FAKÜLTESİ MÜHENDİSLİK BİLİMLERİ DERGİSİ Cilt: 14 Sayı: 42 sh EKİM 2012 TABAKALI EĞRİ ÇUBUKLARIN DİNAMİK KARARLILIK ANALİZİ

Şekil 1. DEÜ Test Asansörü kuyusu.

MATLAB programı kullanılarak bazı mühendislik sistemlerinin optimum tasarımı

L KESİTLİ KİRİŞTE KAYMA MERKEZİNİN ANSYS İLE VE DENEYSEL YOLLA BULUNMASI

MMU 402 FINAL PROJESİ. 2014/2015 Bahar Dönemi

SONLU ELEMANLAR YÖNTEMİ (SAP2000 UYGULAMASI) I. Genel Kavramlar

MUKAVEMET TEMEL İLKELER

An improved algorithm for optimization of composite plates using tsai-wu criteria

Transkript:

KATMANLI KOMPOZİT KİRİŞLERİN GENETİK ALGORİTMA İLE OPTİMİZASYONU Fatih Karaçam ve Taner Tımarcı Trakya Üniversitesi, MMF Makine Mühendisliği Bölümü 030 Edirne e-mail: tanert@trakya.edu.tr Bu çalışmada katmanlı kompozit malzemeden yapılmış kiriş gibi taşıyıcı elemanların tasarımının, minimum çökme ve/veya maksimum doğal frekans gibi belirlenmiş bir hedefi sağlayacak optimizasyonunda (eniyileştirilmesi) genetik algoritma (GA) gibi evrimsel bir yöntemin uygulanabilirliği araştırılmıştır. Katmanlı kompozit malzeme olarak üretilmiş kiriş, plak gibi yapı elemanlarının birçok mühendislik ve mimarlık alanında kullanımı önemini korumaktadır. Bunun nedeni kompozit malzemelerin özgül modül (modül/yoğunluk) ve dayanımlarının (dayanım/yoğunluk) yüksek, ayrıca, katmanların sıralanışının, katmanlardaki elyaf yönlenmesinin ve matris ve/veya elyaf malzemesinin değiştirilerek, kullanılış amacına uygun olarak, istenen mekanik özelliklerde çok değişik biçimlerde tasarlanabilme olanağının olmasıdır. Bu açıdan kompozit yapılarda, yapının ağırlığı, geometrisi, doğal frekans, çökme, rijitlik, dayanım, burkulma yükü gibi seçilecek hedef parametrelerine bağlı olarak, katmanların sıralanış biçimi, elyaf doğrultuları, katman kalınlıkları gibi tasarım değişkenleri ile tasarımın optimizasyonu gerçekleştirilebilir. Örneğin, yapının ağırlığında bir kısıtlama getirerek burkulma yükü maksimize veya burkulma yükünde bir kısıtlama getirilerek ağırlık minimize edilebilir[1]. Bunun yanı sıra çok amaç parametreli ve çok kısıtlı optimizasyon problemleri de gerçekleştirilebilir. [,3]. Genetik algoritmaların katmanlı kompozit yapıların optimizasyonunda kullanılmasının oldukça yaygınlaşmasının nedeni çok farklı değişken ve amaç fonksiyonlu problemlere uygulanabilmesidir. Walker ve Smith [3] simetrik açılı-katmanlı plakların optimizasyonunda hem ağırlık hem de çökmenin oluşturduğu ağırlıklı bir toplam fonksiyonunu minimize etmek için GA, eğilme analizinde ise sonlu elemanlar yöntemini kullanmıştır. En uyumlu olanın yaşaması ilkesine dayanan genetik algoritmalarda klasik gradyan-temelli optimizasyon yöntemlerinden farklı olarak, özellikle başlangıçtaki çözüm popülasyonu yeterli ise, yerel optimuma takılma riski yoktur. Geleneksel GA larda önemli bir sınırlama, özellikle çok büyük topluluklarda uyum fonksiyonunun belirlenmesinde gereken zamandan dolayıdır. Yakınsama hızını arttırmak için Yapay Sinir Ağları (YSA) [,4], paralel hesaplama, çok-seviyeli [5] optimizasyon gibi bazı ek yöntemlerin kullanılması da denenmiştir. Kompozit malzemelerin optimum katman sıralaması tasarımında kullanılan teknikler Ghisai ve ark.[6] tarafından kapsamlı olarak gözden geçirilmiştir.

Çalışmada öncelikle kayma deformasyon etkilerini göz önüne alan, farklı kiriş teorilerinin elde edilebildiği birleşik bir kiriş teorisi çerçevesinde dikdörtgen kesitli kirişin dinamik ve statik davranışını yöneten denklemler ve formülasyon elde edilmiştir. Daha önce kompozit kirişin eğilme analizi aynı teori çerçevesinde gerçekleştirilmişti [7,8]. Bu teoriye, Soldatos ve Tımarcı [9] tarafından kabuk yapılar için geliştirilmiş birleştirilmiş kayma deformasyon teorisinin (BKDT) kompozit kirişler için uyarlanmış özel bir durumu olarak bakılabilir. Kullanılan kiriş teorisinde, laminatın alt ve üst yüzeylerinde kayma gerilmesinin sıfır olması ve katmanlar arasındaki süreklilik koşulları yer değiştirme alanına eklenen, kalınlık koordinatına bağlı, bir şekil fonksiyonu yardımı ile hesaba katılabilmekte, klasik ve farklı kayma deformasyon teorileri elde edilebilmektedir. Varsayılan yer değiştirme alanındaki şekil fonksiyonu kalınlık koordinatının kübik bir fonksiyonu olarak seçilmiştir. Bundan dolayı model parabolik kayma deformasyon teorisine karşılık gelmekte ve kirişin üst ve alt yüzlerinde kayma gerilmesinin sıfır olma koşulu sağlanmaktadır. Kullanılan kiriş yerdeğiştirme alanı ve şekil fonksiyonu aşağıda verilmiştir. U(x,z) u(x) zw, x (z)u1(x) W(x, z) w(x) (1) Şekil fonksiyonu: 4z z) z(1 3h ( ) Burada U, W değerleri katmana ait her bir noktanın sırasıyla x, z eksenleri doğrultusundaki yer değiştirmeleri, u, w ise orta düzlemdeki bir noktanın yer değiştirmelerini temsil etmektedir. Bu yerdeğiştirme alanı temelinde, katmanlı kompozit kirişlerin eğilme ve serbest titreşimini yöneten denklemlerle farklı yükleme ve sınır koşulları, ayrıca değişik laminasyon konfigürasyonları için çökmeler ve doğal frekanslar analitik olarak elde edilmiştir. Eğilme probleminde uçlarından, basit destekli (B), ankastre (A) ve serbest (S) sınır koşullarının farklı kombinasyonlarının etkisindeki katmanlı kompozit kirişler göz önüne alınmıştır. Bu durumda kirişin düzgün yayılı yük etkisinde olduğu kabul edilmiştir. Bu amaçla kiriş denge denklemleri, yapılan integrasyon ve birlikte çözümler ile, toplam sekiz bilinmeyen sabitli, üç adet yer değiştirme bileşenine indirgenmiştir. Bilinmeyen sabitler, kirişin iki ucundaki kabul edilen sınır koşullarında yer değiştirme bileşenlerinin kullanılmasıyla bulunmuştur. Farklı, sınır koşullarındaki (B-B, A-S ve A-A) kirişlerin belli noktalarındaki çökme değerleri farklı kiriş malzeme ve boyutlarına bağlı olarak elde edilmiştir. Bulunan sonuçlar, literatürdeki farklı teoriler temelinde oluşturulmuş diğer çalışmaların sonuçları ile karşılaştırılmıştır. Açılı üç katmanlı (45 0 /-45 0 /45 0 ) A-A koşullarındaki bir kirişin ortasındaki çökme değerlerinin L/h oranına bağlı değişimi şekilde verilmiştir.

Boyutsuz çökme parametresi ( ) 3,5 3,5 1,5 1 0,5 0 0 10 0 30 40 50 60 L/h Şekil:1 Boyutsuz çökme parametrelerinin L/h oranına göre değişimi x=l/, E1/E=5, (45 0 /-45 0 /45 0 ), A-A için. Bu şekilde elde edilen tasarım parametreleri optimizasyon için kullanılacak genetik algoritmanın topluluğu nu (popülasyon) oluşturacaktır. GA lar deterministik olmayan, doğal genetiğin kurallarının mekanik sistemlere uyarlanması ile kullanılan ve tasarım değişkenlerini ikili sistemde kodlayarak çalışan, global optimuma erişilmesini amaçlayan araştırma teknikleridir. Optimizasyon kompozit yapılarda, belli bir tasarım hedefinin yerine getirilmesi için katmanların gereken sıralanış biçimininin, katmanlardaki elyaf yönlenme açısının, katmanların kalınlığının saptanmasıdır. Burada örneğin elyaf açılarına birer kod verilir. Böyle bir kodlamayla oluşturulan topluluğun her bir bireyine karşılık gelen doğal frekans ve çökme değerleri yukarda açıklanan analitik yöntemle hesaplanır. Çalışmada ilk aşamada sadece minimum çökme ve sadece belli bir frekans değeri için optimizasyon yapılacak, daha sonra iki parametreyi de göz önüne alan ağırlıklı fonksiyonun minimize edilmesi yoluna gidilecektir. Popülasyon oluşturulduktan sonra bu gruptan rulet tekerleği yöntemi ile en uygun tasarım seçilir. Bu seçim istenen kısıtlamaları sağlarsa durulabilir, sağlamıyorsa istatistiksel kurallara bağlı olarak çaprazlama ve mutasyon şeklinde çoğalma sağlanır ve yeni popülasyon oluşturulup uyum parametresi kontrol edilir. Programlama dili olarak MATLAB kullanılmıştır. Bu amaçla ilk olarak B-B, A-A, A-S katman sayısı 3,4,5 olan farklı L/h oranlarına sahip Grafit/Epoksi malzemesinden yapılmış kompozit kirişler, elyafların yönlenme açıları 30 0, 10 0 değiştirilerek her bir durum için başlangıç popülasyonları oluşturulmuştur. GA kullanmadan farklı katman sayılarına karşılık gelen, farklı elyaf yönlenmelerine sahip minimum çökme değerleri bir program geliştirerek hesaplanmıştır. Bu durumda örneğin üçkatmanlı bir kirişte popülasyon oluşturma ve minimum çökmeyi bulma, 10 0 lik açı artımları için 4 dak. 53 sn. iken beş-katmanlı kirişte süre 14 saat 37 dak 13 sn. ye çıktığı görülmüştür. Aşağıdaki Tabloda, A-A kirişin orta noktasında minimum çökmelerin elde edildiği bazı konfigürasyonlar verilmiştir. Bu aşamadan sonra GA nın diğer basamaklarını kullanarak ve

hedeflenen değerle elde edilen değerin ilişkisini tanımlayan uyum parametresine göre yeni popülasyon oluşturma yoluna gidilecektir. Katman Sayısı L/h Konfigürasyon Min. Çökme değeri 3 10 0 0 /60 0 /90 0 1.0717x10-6 4 10 0 0 /60 0 /60 0/ 30 0 1.9174x10-7 5 10 0 0/ 30 0 /60 0 /0 0 /60 0 5.573x10-7 Referanslar: 1) Di Sciuva M., Gherlone M., Lomario D. Multiconstrained optimization of laminated and sandwich plates using evolutionary algorithms and higherorder plate theories. Composite Structures 59, 149 154, 003. ) Abouhamze M, Shakeri M. Multi-objective stacking sequence optimization of laminated cylindrical panels using a genetic algorithm and neural Networks. Composite Structures 81, 53 63, 007. 3) Walker M, Smith R.E. A technique for the multiobjective optimisation of laminated composite structures using genetic algorithms and finite element analysis. Composite Structures 6, 13 18, 003. 4) Apalak M. K., Yıldırım M, Ekici R. Layer optimisation for maximum fundamental frequency of laminated composite plates for different edge conditions. Composites Science and Technology 68, 537 550, 008. 5) Chen C. M, Kam T.Y. A two-level optimization procedure for material characterization of composites using two symmetric angle-ply beams. International Journal of Mechanical Sciences 49, 1113 111, 007. 6) Ghiasi H, Pasini D, Lessard L. Optimum Stacking Sequence Design of Composite Materials, Part I: Constant Stiffness Design. Composite Structures doi: 10.1016/j.compstruct.009.01.006,009. 7) Karaçam F, Tımarcı T. Bending of cross-ply composite beams with different boundary conditions. Proceedings of UNITECH-05 Int Sci. Conf.. Gabrovo, Bulgaristan. 137-14, 005

8 ) Karaçam F. Katmanlı kompozit kirişlerin eğilme analizi. Yüksek Lisans Tezi, Trakya Üniversitesi, FBE, Edirne. 005. 9) Soldatos, K.,P., Tımarcı, T. A Unified Formulation of Laminated Composite, Shear Deformable, Five-Degrees-of Freedom Cylindirical Shell Theories. Composite Structures, 5, 165-171. 1993.