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Tipo: Dissertação
Título: Otimização estrutural multi-objetivo de treliças planas e espaciais considerando aspectos dinâmicos e de estabilidade global
Autor(es): Vieira, João Marcos de Paula
Primeiro Orientador: Lemonge, Afonso Celso de Castro
Co-orientador: Hallak, Patrícia Habib
Co-orientador: Vargas, Dênis Emanuel da Costa
Membro da banca: Lima, Beatriz de Souza Leite Pires de
Membro da banca: Greco, Marcelo
Resumo: O presente trabalho de dissertação apresenta a formulação de problemas de otimização estrutural (POEs) com três a seis funções objetivo, aplicados em treliças planas e espaciais, destacando-se a consideração de objetivos e restrições referentes às frequênciais naturais de vibração e fatores de carga crítica. A resolução de POEs auxilia os profissionais de engenharia na determinação de soluções e na tomada de decisões no desenvolvimento de um projeto. A aplicação de POEs multi-objetivo permite ao tomador de decisões encontrar configurações estruturais que atendam simultaneamente a todos os critérios desejados, sem a necessidade de resolver vários problemas mono-objetivo individualmente. Visando diminuir os custos e o consumo de materiais, o primeiro objetivo, abordado em todos os problemas propostos, é a minimização do peso das treliças. Para evitar o efeito de ressonância e encontrar soluções com melhor comportamento dinâmico, outros objetivos utilizados são a maximização da primeira frequência natural de vibração e a maximização das diferenças entre as frequências naturais da estrutura, evitando a sobreposição de seus modos de vibração. Com a intenção de garantir a estabilidade estrutural das treliças, também são propostos POEs com as funções objetivo de maximizar o primeiro fator de carga crítica relacionado à estabilidade global e maximizar a diferença entre os dois primeiros fatores de carga crítica. As meta-heurísticas de busca utilizadas na resolução dos problemas de otimização deste estudo são o GDE3 (Third Evolution Step of Generalized Differential Evolution), o SHAMODE (Success History–based Adaptive Multi-objective Differential Evolution), o SHAMODE-WO (Success History–based Adaptive Multi-objective Differential Evolution with Whale Optimisation) e o MM-IPDE (Multi-objective Metaheuristic with Iterative Parameter Distribution Estimation). As soluções não-dominadas obtidas para cada POE são apresentadas por meio de gráficos das frentes de Pareto e gráficos de coordenadas paralelas normalizadas (para os casos com mais de três funções objetivo). Um método de tomada de decisão de torneio multicritério é aplicado para extrair as soluções desejadas de cada problema, de acordo com as preferências do projetista. Por fim, as performances dos quatro algoritmos utilizados são comparadas através de indicadores de desempenho presentes na literatura.
Abstract: This dissertation presents the formulation of structural optimization problems (SOPs) containing three to six objective functions applied to plane and spatial trusses, focusing on considering objectives and constraints regarding the natural frequencies of vibration and the critical load factors. Solving SOPs helps engineering professionals find solutions and make decisions in developing a project. The application of multi-objective SOPs allows the decision-maker to find structural configurations that simultaneously serve all the desired criteria without solving several single-objective problems individually. To reduce costs and material consumption, the first objective, analyzed in all proposed problems, is to minimize the weight of the trusses. To avoid the resonance effect and find solutions with better dynamic behavior, other objectives used are the maximization of the first natural frequency of vibration and the maximization of the differences between the structure’s natural frequencies to avoid the superposition of their vibration modes. To guarantee the structural stability of the trusses, SOPs are also proposed with the objective functions of maximizing their first critical load factors related to global stability and maximizing the difference between their first two critical load factors. The meta-heuristics used to solve the optimization problems of this study are the GDE3 (Third Evolution Step of Generalized Differential Evolution), the SHAMODE (Success History–based Adaptive Multi-objective Differential Evolution), the SHAMODE-WO (Success History–based Adaptive Multi-objective Differential Evolution with Whale Optimisation) and the MM-IPDE (Multi-objective Meta-heuristic with Iterative Parameter Distribution Estimation). The non-dominated solutions obtained for each SOP are presented by graphs of the Pareto fronts and normalized parallel coordinate graphs (for the cases with more than three objective functions). A multi-criteria tournament decision-making method is applied to extract the desired solutions for each problem, according to the designer’s preferences. Finally, the performances of the four algorithms are compared through performance indicators found in the literature.
Palavras-chave: Otimização estrutural multi-objetivo
Evolução diferencial
Frequências naturais de vibração
Estabilidade global
Tomada de decisão multi-critério
Multi-objective structural optimization
Differential evolution
Natural frequencies of vibration
Global stability
Multi-criteria decision-making
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Idioma: por
País: Brasil
Editor: Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Sigla da Instituição: UFJF
Departamento: Faculdade de Engenharia
Programa: Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil (PEC)
Tipo de Acesso: Acesso Aberto
Licenças Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/
URI: https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/15217
Data do documento: 3-Mar-2023
Aparece nas coleções:Mestrado em Engenharia Civil (Dissertações)



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