بسیاری از روشهای بهینه سازی از پدیده های طبیعی منشاء گرفته اند. این رساله نیز با استفاده از قوانین حاکم بر بعضی پدیده های فیزیکی یک روش جدید بهینه سازی را ارائه می کند. قوانین مورد استفاده عبارتند از قانون کلومب و قانون گاوس از فیزیک الکتریسیته و قوانین نیوتن از مکانیک کلاسیک. این روش شامل سیستمی از جستجوگرها می باشند که مانند ذرات باردار واقعی عمل می کنند و از این رو اسم آن، الگوریتم جستجوی سیستم ذرات انتخاب شد. هر عامل جستجوگر در این روش یک ذره باردار نامیده می شود که به مثابه یک کره باردار به شعاع معلوم و با باری متناسب با کیفیت جواب تولیدی رفتار خواهد کرد. از این رو ذرات قادر خواهند بود تا به همدیگر نیرو وارد کرده، باعث حرکت همدیگر شوند. همچنین به کار بردن سرعت قبلی ذره به عنوان توجه به عملکرد گذشته خود ذره می تواند در میزان تغییرات در موقعیت ذرات موثر باشد. برای تعیین دقیق این تغییرات از قوانین نیوتن از مکانیک استفاده شد. استفاده از این قوانین باعث ایجاد تعادل بین قدرت الگوریتم در مرحله نتیجه گیری و جستجو شد. دستاورد دیگر این رساله، ایجاد بهبود عملکرد الگوریتم در دو گام ترکیب و اصلاح روش جستجوی سیستم ذرات است. در روش ترکیبی، ویژگیهای مثبت روش بهینه سازی توده ذرات به الگوریتم جدید اضافه شد. روش بهینه سازی توده ذرات از دو فاکتور بهترین محلی و بهترین کل برای هدایت پروسه بهینه سازی استفاده می کند. در روش ترکیبی نیز به همین طریق این دو فاکتور به الگوریتم جستجوی سیستم ذرات اضافه شدند. در روش اصلاح شده، مفهوم تکرار یا زمان به گونه ای تغییر پیدا کرد که امکان استفاده از اطلاعات بالافاصله بعد از تولید حتی یک جواب به دست آید. این اصلاح، اصطلاح زمان پیوسته را وارد حیطه بهینه سازی می کند که می توان آن را برای سایر روشهای فراکاوشی نیز به کار برد. با استفاده از زمان پیوسته، الگوریتم های چندعاملی ضمن حفظ شرایط و ویژگیهای مثبت خود، رفتاری شبیه به روشهای تک عاملی داشته و امکان کاهش محاسبات با استفاده از موازی سازی الگوریتم ها را فراهم می آورند. در نهایت الگوریتم بهینه سازی پیشنهادی برای انواع مختلف سازه های اسکلتی به کار برده شد تا بدین صورت چهار زمینه مطرح در علم بهینه سازی شامل ابداع، توسعه، ترکیب و کاربرد پوشش داده شود. روشهای انتخابی برای مقایسه شامل روشهای بهینه سازی چندعاملی، روشهای بهینه سازی تک عاملی، روشهای بهینه سازی بهبود یافته و روشهای بهینه سازی ترکیبی بود. سازه های مورد مطالعه سازه های خرپایی، قابهای اسکلتی، سیستم های شبکه ای و سازه های گنبدی بود. مقایسه نتایج روش جدید با سایر روشها نشان داد که روش پیشنهادی توانسته است پا به پای روشهای بهینه سازی مطرح بلکه بسیار بهتر از آنها (در اکثر موارد) عمل کند؛ این روش از سرعت قابل قبول و مناسبی برای یافتن طراحی بهینه برخوردار است و قابلیت اعتماد به روش جدید بالا بوده و می توان از آن به راحتی برای بهینه سازی سازه ها استفاده کرد. به علت اینکه روش پیشنهادی در این رساله، یک روش جدید و نو در بهینه سازی سازه ها محسوب می شود، توسعه و به کارگیری بیشتر در مسائل مهندسی می تواند زمینه خوبی برای کارهای آتی در این زمینه فراهم آورد.

در این پایان نامه از روش انفجار بزرگ- تراکم بزرگ برای طراحی بهینه قاب های فولادی با اتصالات تیر به ستون نیمه- صلب استفاده شده است. در سال های اخیر روش انفجار بزرگ- تراکم بزرگ (bb-bc) با الهام از نظریه تکامل هستی با نام نظریه انفجار بزرگ- تراکم بزرگ ارائه شده است. الگوریتم ارائه شده در این پژوهش با انتخاب مقاطع مناسب برای اعضا، قاب با هزینه کلی کمینه شامل مجموع هزینه اعضا و اتصالات را به دست می آورد. قیود مقاومتی و تغییر مکانی همراه با قیود هندسی در طی فرآیند طراحی بهینه بر قاب ها اعمال می شوند. افزون بر این، تحلیل سازه با در نظر گرفتن رفتار غیرخطی اتصالات تیر به ستون و اثرات غیرخطی هندسی اعضای تیر ستون (اثر p-?)، انجام می یابد. در این پژوهش سه مثال از قاب های فولادی با اتصالات مختلف تیر به ستون مورد بررسی قرار گرفته و نتایج حاکی از کاهش هزینه ها با استفاده از اتصالات نیمه- صلب به جای اتصالات صلب است. قاب های نیمه- صلب حاصل از الگوریتم طراحی بهینه ارائه شده، اقتصادی تر بوده و به پیش بینی واقعی تری از پاسخ و مقاومت سازه منجر می شود.

این پایان¬نامه به طراحی بهینه دیوارهای حائل وزنی می¬پردازد که در آن به منظور بهینه¬سازی از الگوریتم بهبود یافته اجتماع ذرات باردار (icss) استفاده شده¬است. این الگوریتم یکی از جدیدترین روش¬های هوشمند است که بر اساس هوش جمعی و با الهام از اصول فیزیک الکتریسیته و مکانیک نیوتنی به یافتن پاسخ بهینه می¬پردازد. همچنین به منظور مدل¬سازی و تحلیل لرزه¬ای دیوارها از روش شبه استاتیکی مونونوبه¬- اُکابه (mononobe-okabe) استفاده شده و فرآیند بهینه¬سازی وزن دیوار به طور مجزا و با توجه به ارضای قیود طراحی انجام گرفته است. پارامترهای طراحی مورد مطالعه در این پژوهش محدوده وسیعی از پارامترهای وابسته به بارگذاری، هندسه و خصوصیات خاک را شامل میشوند. در نهایت نتایج حاصل از طراحی بهینه با استفاده از این روش، با نتایج بدست آمده از دیگر روشهای بهینه¬سازی مرسوم مقایسه شده است. نتایج حاکی از آن است که استفاده از الگوریتم اجتماع ذرات باردار بهبود یافته منجر به طراحی دیوارهای وزنی با هزینه¬ی کمتر شده است.

در این مطالعه پارامترهای بهینه میراگر جرمی تنظیم شونده (tmd) تحت تحریکات زلزله به دست آمده است. سیستم جستجوی ذرات باردار) (cssیک روش بهینه سازی فراکاوشی است که به صورت موفقی در این مطالعه به کار گرفته شده است. الگوریتم بهینه سازی css براساس اصول فیزیک و مکانیک است. در این روش از قوانین کولمب درالکترواستاتیک و قانون نیوتن از مکانیک استفاده می شود. از نرم افزار matlab برای بهینه سازی عددی استفاده شده است. معیارهای بهینه سازی مقدار ماکزیمم تغییرمکان طبقات است. برای به دست آوردن بهترین نتایج، تمام مشخصات tmd بهینه سازی شده است. پارامترهای tmd جرم، سختی و میرایی هستند. این پارامترها تحت تحریکات لرزه ای به دست آمده اند. نتایج این روش با سایر روش ها مانند الگوریتم ژنتیک و بهینه سازی ازدحام ذرات مقایسه شده است. مقایسه ها نشان می دهد که این روش بهینه سازی جدید نسبت به سایر روش ها بسیار موثرتر و کارامدتر است زیرا باعث کاهش مناسب تغییر مکان ها می شود.

طراحان و مهندسین با استفاده از الگوریتم های بهینه سازی درصدد کاهش هزینه های مصالح مصرفی بوده و این مهم زمانی تحقق می یابد که معیار ها و استاندارد های طراحی بررسی گردد. در این تحقیق تلاش شده بار جانبی معادل در آئین نامه های ُ؛ ایران (2800 ویرایش چهارم) ، آمریکا (ibc 2006 ,ubc 1997 ,nehrp 2003) و مناطق دیگری از قبیل اروپا (eurocode 8(ec8) ) و ضوابط طراحی لرزه ای آئین نامه های ( ibc 2006 ,aisc 360-05 و ubc 97-lrfd و euro code 8 ) مرور گردد که بیانگر تفاوت در بعضی ضریب ها می باشد و با تغییر پارامترهای طراحی ، آئین نامه های ذکر شده از نظر ساختگاه سازه همپایه گردیده اند. به روش الگوریتم بهینه سازی جستجوی ذرات باردار طراحی انجام گرفت و نتایج حاصل از طراحی نشان داد که آیین نامه اروپا نسبت به آیین نامه های دیگر مقاطع سنگین تری را طراحی می نماید زیرا به برش پایه بیشتری طراحی می گردد و علت آن زیاد بودن ضرایب ترکیبات بارگذاری است ولی آیین نامه های آمریکا و ایران مقاطع سبکتری را طراحی نمودند . لازم به ذکر است که آیین نامه ( nehrp 2003 ) با دارا بودن برش پایه کم نسبت به آیین نامه های دیگر آمریکا و ایران ، مقاطع سازه را از نظر وزنی تقریبا یکسان طراحی نموده است. در نهایت باید خاطر نشان کرد که الگوریتم بهینه سازی جستجوی ذرات باردار در استاندارد 2800 ( ویرایش چهارم ) با وجود برش پایه زیاد توانسته با یک روش منحصر بفرد مقاطع سبک تری را طراحی نماید.

سازه های گنبدی به دلیل ارائه راه حل های موثر برای پوشش مناطق بزرگ بدون تکیه گاه های میانی از مزایای ویژه ای برخوردارند. در این پایاننامه از یک روش بهینه سازی فرا اکتشافی به نام الگوریتم جستجوی سیستم ذرات باردار برای طراحی بهینه غیرخطی هندسی گنبدهای تک لایه فولادی استفاده شده است. این الگوریتم از قوانین حاکم بر فیزیک الکتریسیته و مکانیک نیوتونی الهام گرفته شده است. مقاطع مجاز لوله ای برای گنبدها و همچنین قیدهای مورد استفاده در طراحی گنبدها مطابق با آیین نامه lrfd-aisc می باشد. یک روش ساده برای تعیین پیکربندی دو گنبد اشفدلر و لملا تعریف شده که مراحل این روش شامل محاسبه مختصات گره ها و نحوه اتصال المانها به یکدیگر می باشد. هدف از بهینه سازی گنبدها یافتن مقاطع بهینه ی اعضا (بهینه سازی اندازه)، ارتفاع بهینه تاج گنبد (بهینه سازی هندسی) و تعداد بهینه اعضا (بهینه سازی توپولوژی) تحت شرایط بارگذاری تعیین شده می باشد. رفتار سازه های گنبدی به دلیل تغییر هندسه تحت بارهای خارجی غیر خطی است بنابراین در نظر گرفتن آنالیز غیرخطی هندسی ضروری می باشد. الگوریتم جستجوی سیستم ذرات این آنالیز را در حین طراحی انجام می دهد. نمونه های طراحی در نظر گرفته شده برای نشان دادن بهره وری این الگوریتم ارائه شده اند.

دیوارهای حائل ابنیه ای هستند که برای جلو گیری از ریزش جانبی خاک و یا دیگر مصالح دانه ای بنا می شوند . این نوع ابنیه در اکثر پروژه های ساختمانی از قبیل راهسازی ، پل سازی ، محوطه سازی و به طور کلی هر جا نیاز به تکیه گاه جانبی برای جدار قائم خاکبرداری باشد، مورد استفاده قرار می گیرند. از آنجا که هزینه مواد و مصالح مصرفی یکی از عوامل اصلی در ساخت و ساز می باشد، کاهش آن با استفاده از کمینه کردن وزن یا حجم، فرایندی مطلوب است. امروزه در عمل سازه های بتنی بر اساس تجربه مهندسین سازه طراحی می شوند. در واقع پس از تعیین ابعاد مقاطع و نوع مواد بر اساس تجربه، سازه تحلیل شده و تنش های موجود محاسبه می گردند، سپس طراحی بر اساس انتخاب میلگردها به نحوی که محدودیت های آیین نامه ای را برآورده نمایند، صورت می پذیرد. اگرچه این روش سعی و خطا یک طرح ایمن را به دنبال دارد، اما معمولا به طراحی بهینه منجر نمی شود. نتایج تحقیقات گسترده گویای این مطلب است که استفاده از الگوریتم های بهینه سازی ساز ه ای، راه حلی موثر در رفع مشکل طراحی بر اساس تجربه می باشد. روش اجتماع ذرات باردار (روش بهینه سازی الگو گرفته از اصول فیزیک و مکانیک) می باشد که توسط طلعت اهری ابداع شده است. در این روش کل مجموعه ذرات یک هدف کلی را با همکاری هم دنبال می کنند. این روش از اصول فیزیک و مکانیک استفاده کرده و یک راه حل مناسب برای مسائل بهینه سازی ارایه می دهد. روش اجتماع ذرات باردار می تواند برای حل همه مسائل بهینه سازی مورد استفاده قرار گیرد. در این تحقیق ما روش اجتماع ذرات باردار بهبود یافته را برای بهینه سازی دیوارهای حایل بتنی به کار خواهیم برد.

شبکه های آبرسانی از جمله مهمترین و پر هزینه ترین زیر ساختهای هر شهر هستند. اخیرا روش های فراکاوشی شامل الگوریتم ژنتیک، الگوریتم کلونی مورچه و سایر روش ها بصورت استاندارد یا بهبود یافته و ترکیبی برای بهینه سازی شبکه های آبرسانی بکار برده شده اند. در این پایان نامه روشی جدید مبتنی بر ترکیب سیستم جستجوی ذرات باردار و الگوریتم کرم شب تاب برای بهینه سازی شبکه های آبرسانی ارائه شده است. روش جدید برای حل دو مثال محک (شبکه آبرسانی هانوی و گویانگ) بکار برده شده است و نتایج با سایر روشهای بهینه سازی مقایسه شده است.در ادامه در شبکه آبرسانی محک گویانگ محل بهینه پمپ نیز مشخص شدهاست. سپس این روش برای حل یک مثال با ابعاد واقعی بکار گرفته شده و نتایج با اعداد واقعی بدست آمده اند.

با افزایش روز افزون رو به رشد منابع طبیعی، استفاده بهینه از این منابع به ویژه در صنعت ساخت و ساز بیشتر احساس می شود. از طرف دیگر با توجه به هزینه تحلیلی بالا جهت امور بهینه سازی در سازه ها، اغلب مهندسین اجرایی از این امر اجتناب می کنند. اما امروزه افزایش قدرت پردازش سیستم های کامپیوتری زمینه را جهت بهینه سازی مهیا نموده است. معمولاً در بهینه سازی سازه، وزن حداقل به عنوان تابع هدف بهینه سازی در نظر گرفته می-شود. به دست آوردن طرح بهینه در سازه هایی که تحت طراحی جهت مقابله با خرابی پیش رونده قرار می گیرند، به دلیل پیچیدگی ناشی از آن و همچنین افزایش وزن سازه در اثر این نوع طراحی در سازه از اهمیت بسیاری برخوردار است. آیین نامه ufc-4-023-03 به عنوان یکی از پیشروان در زمینه خرابی پیش رونده از مقبولیت بسیاری برخوردار است. در سال 2009 آخرین ویرایش این آیین نامه، در زمینه استفاده از این ضوابط در کلیه ساختمان ها است. در این تحقیق با استفاده از الگوریتم ترکیبی hs-pso و طبق ضوابط آیین نامه ufc-4-023-03 از روش بار جایگزین با تحلیل دینامیکی غیر خطی به طراحی بهینه قاب های فولادی تحت خرابی پیش رونده پرداخته شود. در این پژوهش به طراحی 5 قاب، 5 طبقه 3 دهانه، 5 طبقه 4 دهانه، 9 طبقه 3 دهانه، 10 طبقه 4 دهانه و 15 طبقه 4 دهانه در دو نوع حالت طراحی پرداخته شده است. در حالت اول صرفاً قیود آیین نامه طراحی فولاد (aisc) به عنوان قیود بهینه سازی لحاظ گردیده است. در حالت دوم علاوه بر ضوابط aisc، ضوابط آیین نامه ufc نیز به کار گرفته شده است. برای مقاصد تحلیل سازه از نرم افزار opensees و جهت کنترل روند بهینه سازی از برنامه نویسی در فضای matlab بهیره گیری شده است. نمودار همگرایی به پاسخ بهینه در دو حالت طراحی برای 5 قاب مدل شده مبین این امر بود که الگوریتم بهینه سازی به کار گرفته شده در این پژوهش در تعداد تکرارهای پایین به جواب رسیده است. سرعت بالای این الگوریتم بهینه سازی در همگرایی به جواب می تواند یک نکته مثبت این پژوهش تلقی بشود. نتایج حاصله نشان دهنده این حقیقت می باشد که صرفاً ضوابط aisc جهت مقابله با خرابی پیش رونده کافی نمی باشد؛ به طوری که وزن قاب های 5 طبقه 3 دهانه، 5 طبقه 4 دهانه، 9 طبقه 3 دهانه،10 طبقه 4 دهانه و 15 طبقه 4 دهانه ی طراحی شده برای مقابله با خرابی پیش رونده به ترتیب 42 درصد، 31 درصد، 12 درصد 9 درصد و 7.2 درصد بیشتر از حالتی است که قاب ها فقط طبق ضوابط لرزه ای aisc طراحی شده اند. بررسی قاب های طراحی شده این نتیجه را داد که افزایش تعداد طبقات و تعداد دهانه و کاهش طول دهانه باعث بهبود عملکرد سازه در برابر پدیده خرابی پیش رونده می شود. در واقع در قاب های با تعداد طیقات و دهانه بیشتر، المان های سازه ای بیشتری وجود داشته و این موضوع موجب تقویت کنش زنجیره ای اعضا جهت حمل و انتقال بار از عضو آسیب دیده به سایر عضوهای باربر می گردد.

چکیده ندارد.