بهینه سازی توپولوژی سازه های گسسته بزرگ مقیاس، از چالش برانگیزترین مسائل بهینه سازی به شمار می روند. در این نوع بهینه سازی، هنگامی که سطح مقطع اعضا از میان مقادیر گسسته انتخاب می شوند، رسیدن به بهینه کلی دشوارتر می گردد. در این رساله، روش های بهینه سازی دومرحله ای نوینی جهت بهینه سازی توپولوژی سازه های گسسته بزرگ مقیاس (شبکه های دولایه)، با در نظر گرفتن قیود مختلف و با استفاده از الگوریتم جامعه مورچگان ارائه شده است. بدین منظور، ابتدا با استفاده از سه روش کارای بهینه سازی توپولوژی شامل روش مجانب های متحرک، روش بهینه سازی تکاملی سازه ها و روش مواد همسانگرد توپر با جریمه، یک آنالیز حساسیت جهت شناخت اعضای سازه ای مهم تر، انجام می شود. سپس نتایج این آنالیز حساسیت به نحوی مورد استفاده قرار می گیرد، که aco بتواند بوسیله ایجاد یک جستجوی جهت دار در یک فضای طراحی کاهش یافته، توپولوژی بهینه شبکه های دولایه را بدست آورد. در روند بهینه سازی توپولوژی، وزن سازه کمینه می گردد بطوریکه قیود مسئله بهینه سازی شامل تنش اعضا و جابجایی گره ها تحت تاثیر بارهای استاتیکی و دینامیکی، ضریب لاغری اعضا و نیز قابلیت اعتماد ارضا گردند. در آنالیز قابلیت اعتماد، سختی و فرکانس سازه، که دو مشخصه اصلی سازه بشمار می روند، بعنوان دو مود خرابی در نظر گرفته شده اند. بارهای گسترده خارجی بعنوان پارامترهای احتمالی انتخاب شده اند و احتمال خرابی سازه در هر مود، با استفاده از شبیه سازی مونت کارلو محاسبه می شود. بدین منظور، جهت افزایش سرعت محاسبه احتمال خرابی دینامیکی سازه، از روش تقریب سازی مرتبه سوم استفاده شده است. نتایج عددی بدست آمده در این رساله، کارایی روش های دومرحله ای ارائه شده را در یافتن توپولوژی بهینه شبکه های دولایه نشان می دهند.

اهمیت بهینه سازی سازه بدلیل محدودیت منابع مواد، خطرات زیست محیطی و رقابت فناوری به طور فزاینده ای در حال افزایش است که منجر به ایجاد سازه هایی با وزن و هزینه کم و عملکرد بالا می شود. بهینه سازی سازه می¬تواند به عنوان یک روند در طراحی بهینه¬ی سازه های تحت بارگذاری مطرح شود. بهینه سازی توپولوژی سازه، بهترین عملکرد سازه را برای ارضای قیود مختلف جستجو می کند. مقایسه بین بهینه سازی اندازه، شکل و توپولوژی، نشان می دهد که بهینه سازی توپولوژی آزادی عمل بیشتری ایجاد می کند و به طراح اجازه نوآوری بیشتر و امکان ایجاد سازه کارآمدتر را می¬دهد. در این تحقیق، از الگوریتم رقابت استعماری برای بهینه¬سازی توپولوژی سازه¬های فضاکار استفاده شده است. الگوریتم رقابت استعماری، یک الگوریتم چند جمعیتی است. هر یک از جمعیت ها به عنوان یک کشور در نظر گرفته می شود که در آن هر کشور یا استعمارگر است یا مستعمره. در فضای جستجو، تعدادی از این کشورها، امپراطوری ها را تشکیل می دهند. حرکت کشورهای مستعمره به سمت استعمارگر امپراطوری خود می باشد و رقابت بین امپراطوری ها، بر اساس تفکر رقابت استعماری را شکل می¬دهد. در طول این حرکت، امپراطوری های قدرتمند به قدرتشان افزوده و از قدرت امپراطوری های ضعیف کاسته می شود به طوری که به تدریج امپراطوری ضعیف از هم پاشیده و مستعمره های آن به دیگر امپراطوری¬ها داده می شود. در این تحقیق یک روش اصلاحی ترکیبی برای بهینه سازی توپولوژی شبکه های دولایه ارائه شده است. روش بهینه سازی مورد استفاده، از ترکیب روش¬ بهینه¬سازی تکاملی سازه و روش رقابت استعماری می شود. برای رسیدن به این هدف، ابتدا نرخ اهمیت گره ها تعیین می¬شود. سپس از این ویژگی استفاده می شود تا جستجو برای یافتن سازه بهینه، بهتر انجام شود. لازم به ذکر است، وزن سازه تحت قیود مختلف بهینه می¬شود که این قیود شامل تنش، جابجایی و ضریب لاغری می باشد. همچنین موقعیت تکیه گاه ها و مختصات گره ها ثابت فرض می شود، در حالی که وجود و عدم وجود گره های شبکه پایین و سطح مقطع اعضا به عنوان متغیرهای طراحی در نظر گرفته شده اند. نتایج نشان داد که روش پیشنهادی قدرت و عملکرد مناسبی در بهینه سازی توپولوژی سازه های بزرگ مقیاس با در نظر گرفتن سطح مقطع¬های گسسته و با در نظر گرفتن قیود مختلف را دارد.

سازه های فضاکار از جمله سازه های سه بعدی با شکل خاص می باشند. اغلب سازه های فضاکار را می توان به شبکه ها، گنبدها و چلیک ها دسته بندی کرد. شبکه دولایه یک مثال کلاسیک در رابطه با سازه های فضاکار به حساب می آید. با پیشرفت ابزارهای محاسباتی و افزایش سرعت کامپیوترهای پیشرفته، برای ارائه یک محصول قابل رقابت، بحث بهینه سازی یک ابزار لازم الاجرا در پروسه طراحی به حساب می آید. عموماً بهینه سازی سازه ها می تواند در سه شاخه اندازه، شکل هندسی و توپولوژی پیگیری شود. در این مطالعه برای بهینه سازی توپولوژی شبکه ی دولایه و سه لایه دو روش موثر ارائه شده است. روش اول به وسیله ی اصلاح الگوریتم جستجوی گرانشی به دست می آید که mgsa نامیده شده است. روش دوم یک الگوریتم دومرحله ای با نام eso-gps است که حاصل ترکیب روش های بهینه سازی تکاملی (eso) و الگوریتم اجتماع ذرات گرانشی (gps) می باشد. برای رسیدن به الگوریتم mgsa در هر تکرار اجرام برتر شناسایی شده و به عنوان رهبر گروه انتخاب می شوند. دیگر اجرام به صورت تصادفی در این گروه ها قرار می گیرد بطوری که در هر گروه اجرام خوب و بد بصورت تقریباً مشابه موجود باشد. برای رسیدن به موقعیت جدید برای هریک از نمونه ها در این الگوریتم، فقط رهبر گروه می تواند به بقیه اجرام آن گروه نیرو وارد کند. در الگوریتم eso-gps ابتدا توسط الگوریتم eso یک بهینه سازی اندازه برای شبکه دولایه و سه لایه انجام می شود سپس نتایج خروجی eso برای ارتقای الگوریتم gps مورد استفاده قرار می گیرد. الگوریتم gps برای تشخیص توپولوژی بهینه ی سازه های با مقیاس بزرگ و همچنین با متغیرهای گسسته استفاده می¬شود که در آن موقعیت جدید نمونه ها با سرعت جدید pso و شتاب الگوریتم gsa بدست می آید. تابع هدف در بهینه سازی توپولوژی مینیمم کردن وزن سازه تحت قیودی مانند جابه جایی گره ها، تنش حداکثر اعضا و ضریب لاغری اعضا می باشد. همچنین در این مطالعه برای کاهش فضای جستجو یک روش موثر برای تیپ بندی اعضا ارائه شده است. در این استراتژی پروفیل بدست آمده برای هر تیپ حاصل از الگوریتم mgsa یا gsa، برای المان هایی که نیروی داخلی آنها کمتر از یک مقدار مشخص است، یک یا دو شماره کاهش می یابد. در مسائل حل شده بهینه سازی توپولوژی شبکه دولایه و سه لایه توسط الگوریتم های gsa، mgsa، gps، eso-gps بدست آمده است. نتایج عددی نمایان گر موثر بودن الگوریتم mgsa و eso-gps و همچنین بهبود یافتن تیپ بندی سازه با ارائه استراتژی جدید برای تیپ بندی سازه های بزرگ مقیاس، می باشد.

شبکه¬های دولایه پر استفاده¬ترین نمونه¬های اولیه¬ای از سازه¬های فضاکار پیش ساخته بشمار می¬روند که امروزه به دفعات مورد استفاده قرار می¬گیرند. در این تحقیق از یک الگوریتم فرا ابتکاری برای بهینه¬سازی توپولوژی سازه فضاکار ارائه شده است. این الگوریتم که از قوانین حاکم کولمب از الکترواستاتیک و قوانین نیوتن از مکانیک را الهام گرفته شده است، سیستم جستجوی ذرات باردار نامیده می¬شود (css). در css تعدادی ذره باردار (cp) در نظر گرفته شده¬است، که توسط میدان الکتریکی عناصر دیگر تحت تاثیر قرار می¬گیرند و مقدار نیروی برآیند با استفاده از قوانین کولمب و گوس از الکترواستاتیک و چگونگی حرکت با استفاده از قوانین مکانیکی نیوتن تعیین می¬گردد. روش¬های بهینه¬ساز¬ی توپولوژی مهندسان را قادر می¬سازد تا پیکره سازه¬ای مناسب سازه-ها را - متناسب با عملکرد مورد نیاز آن- پیدا کنند. در این تحقیق روش ترکیبی دو مرحله¬ای جدیدی جهت بهینه¬سازی توپولوژی شبکه¬های دو و سه¬لایه ارائه شده است. بهینه¬سازی توپولوژی با استفاده از الگوریتم¬های بهینه¬سازی تکاملی سازه¬ها و الگوریتم سیستم جستجوی ذرات باردار تکامل یافته انجام می¬شود که eso-css نامیده شده است. در بهینه¬سازی توپولوژی سازه تحت شرایط مختلف، مثل تغییر¬مکان گره¬ها، ضریب لاغری و تنش داخلی اعضا کمینه می¬گردد. همچنین، موقعیت تکیه گاه ها و مختصات گره¬ها ثابت فرض شده است و وجود و عدم وجود گره¬های شبکه پایین و سطح مقطع اعضا بعنوان متغیرهای طراحی در نظر گرفته شده است. هدف این است که مهمترین قسمت های سازه جهت انتقال بارها به تکیه¬گاه¬ها مشخص شوند. نتایج عددی نشان می دهد که روش ترکیبی ارائه شده برتری محاسباتی مناسبی دارد.

بهینه سازی توپولوژی سازه های گسسته بزرگ مقیاس از چالش برانگیزترین مسائل بهینه سازی به شمار می روند. در این نوع بهینه سازی هنگامی که سطح مقطع اعضا از میان مقادیر گسسته انتخاب می شوند، رسیدن به بهینه کلی دشوارتر می گردد. در این مقاله، روش بهینه سازی دو مرحله ای نوینی جهت بهینه سازی توپولوژی سازه های گسسته بزرگ مقیاس (شبکه های دو لایه) با در نظر گرفتن قیود مختلف و با استفاده از الگوریتم استراتژی های تکاملی ارائه شده است. بدین منظور، ابتدا با استفاده از روش کارای بهینه سازی توپولوژی سطح تراز، یک آنالیز حساسیت جهت شناخت اعضای سازه ای مهم تر، انجام می شود. سپس نتایج این آنالیز حساسیت به نحوی مورد استفاده قرار می گیرد که es بتواند به وسیله ایجاد یک جستجوی جهت دار در یک فضای طراحی کاهش یافته، توپولوژی بهینه شبکه های دو لایه را به دست آورد.