در این پایان نامه در ابتدا مروری بر روش های تعیین خرابی سازه انجام شده است و تحقیقات گذشته مورد بررسی قرار گرفته است. سپس روش جدیدی بااستفاده از بهینه ساز الگوریتم ژنتیک پیشرفته و تغییرات پاسخ های مودال سازه برای تعیین جزئیات دقیق خرابی بیان شده است. در این تحقیق دو حقیقت مورد توجه قرار گرفته است : 1) شدت خرابی می تواند در طول المانهای خراب غیر یکنواخت باشد، 2) محدوده دقیق خرابی می تواند بر مش بندی اجزاء محدود منطبق نباشد. حقایق به ترتیب دلیل اصلی استفاده از توابع شکل مناسب و در نظر گرفتن جای گره ها به عنوان متغیر های طراحی است. بنابراین یک الگوریتم ژنتیک پیشرفته معرفی شده است که سه عملگر جدید به آن اضافه شده است. نتایج تاثیر الگوریتم پیشنهادی را در مسائل عیب یابی نشان می دهد.

شناسایی آسیب سازه ها به کمک روش های عیب یابی، می تواند شرایط لازم را جهت جلوگیری از گسترش آسیب و افزایش عمر سازه ها فراهم نماید. روش های مختلفی برای تعیین مکان و شدت آسیب های سازه با استفاده از تغییرات پاسخ های سازه ای وجود دارد. تابع پاسخ فرکانس (frf) یکی از آن ها می باشد. فرکانس های طبیعی و شکل های مودی سازه از جمله پارامترهای مهمی هستند که در تابع پاسخ فرکانس استفاده می شوند. در این تحقیق یک روش دو مرحله ای جدید برای تعیین مکان و شدت آسیب در سازه هایی که دارای چندین محل خرابی هستند، با استفاده از داده های تابع پاسخ فرکانس ارائه شده است. اولین مرحله عیب یابی، شناسایی مکان های آسیب دیده با استفاده از شاخص آسیب ri می باشد. این شاخص آسیب بر اساس هسیان frf سازه آسیب دیده و سالم محاسبه می شود. در مرحله دوم عیب یابی، شدت آسیب اعضای سازه با بکارگیری از یک روش ترکیبی بر اساس داده های frf و بهینه یابی به روش الگوریتم اجتماع ذرات محاسبه می شود. همچنین، در مرحله دوم یک اصلاح جدید بر روی الگوریتم اجتماع ذرات ارائه گردیده و این الگوریتم اصلاح شده lmpso نام گذاری شده است. این الگوریتم برای مسائلی که دارای مقدار همگرایی و یا سرعت همگرایی خوبی با روش pso استاندارد نیستند، روشی مناسب می باشد. جهت ارزیابی عملکرد روش پیشنهادی، مثال های عددی ارائه شده است که نتایج بدست آمده از این مثال ها، عملکرد و کارایی مناسب این روش را برای شناسایی مکان و شدت آسیب نشان می دهند. همچنین در این تحقیق، روشی برای کاهش اثرات نویز در روند عیب یابی ارائه شده است. این روش در واقع یک تحلیل آماری بر اساس واریانس داده ها بوده که برای فیلتر کردن اطلاعات نویزدار استفاده می شود. این تکنیک قبل از اولین مرحله عیب یابی برای کاهش نویز داده های frf استفاده می گردد. جهت بررسی دقت این روش، مثال هایی حل شده که نتایج کارآمدی این روش در مسائل عیب یابی را نشان می دهد.

سازه های فضاکار به عنوان یکی از سازه های پرکاربرد می باشند که معمولا برای پوشش سطوح بزرگ بدون نیاز به ستون های داخلی مورد استفاده قرار می گیرند. در طراحی لرزه ای این سازه ها بر خلاف بسیاری از سازه های معمول دیگر مولفه قائم زلزله تاثیر بیشتری دارد. به همین منظور در این تحقیق به طرح بهینه نوعی از این سازه ها که شبکه های تخت دولایه نام دارند، تحت اثر همزمان بار ثقلی و مولفه قائم زلزله می پردازیم. متغیرهای طرح بهینه این سازه ها شامل تعداد تقسیمات در دو راستا، ارتفاع بین دولایه و سطح مقطع اعضا می باشد و تابع هدف مورد نظر وزن سازه است. در این تحقیق از الگوریتم اجتماع ذرات با رفتار کوانتومی به عنوان الگوریتم بهینه سازی استفاده شده است و نتایج حاصل از بهینه سازی با این روش، با الگوریتم اجتماع ذرات استاندارد و الگوریتم اجتماع ذرات با اجتماع غیر فعال مقایسه شده است. به دلیل ماهیت تصادفی الگوریتم اجتماع ذرات و بالا رفتن تعداد درجات آزادی سازه، استفاده از روش های تقریب سازی برای پیش بینی پاسخ های لرزه ای سازه ها برای کاهش زمان اجتناب ناپذیر است. در این تحقیق از شبکه عصبی تابع بنیادی شعاعی برای تقریب سازی پاسخ های لرزه ای سازه های فضاکار استفاده شده است. نتایج بدست آمده از بهینه سازی با استفاده از الگوریتم اجتماع ذرات با رفتار کوانتومی نشان دهنده همگرایی بهتر و سریعتر آن نسبت به دو روش دیگر بوده و می توان از نتایج تحقیق در موارد عملی و کاربردی استفاده کرد.

پاسخ ها ی متعددی برای تعیین موقعیت و شدت خرابی ها در سازه ها بکار گرفته می شوند. که از جمله این پاسخ ها می توان به تغییرشکل های استاتیکی و دینامیکی، فرکانس ها، مودشکل ها و تابع پاسخ فرکانس اشاره نمود. وجود خطا ها در اندازه گیری هر یک از این پاسخ ها تاثیر قابل ملاحظه ای بر کار کرد روش های عیب یابی دارد. با وجود اینکه روش های جدید زیادی اخیرا پیشنهاد شده است روش های مبتنی بر تحلیل حساسیت هنوز هم بطور گسترده ای برای بروزرسانی و شناسایی خرابی مورد استفاده قرار می گیرند. در این پایان نامه اثر پاسخ های مختلف در روش های عیب یابی مبتنی بر تحلیل حساسیت بررسی شده است. در ابتدا با استفاده از اعمال نویز در پاسخ های مختلف و بکارگیری روش نمونه گیری مونت کارلو، شاخصی جهت بررسی حساسیت هر کدام از پاسخ ها نسبت به سنسورگذاری استخراج می شود. همچنین با بکارگیری پاسخ های مختلف، شناسایی خرابی در سازه ها صورت می گیرد و جواب دقیق خرابی سازه ای برای هر کدام از پاسخ ها، طی فرآیند نیوتن رافسون با بروزرسانی ماتریس حساسیت و تشکیل دستگاه معادلات خطی به طور متوالی بدست می آید. وجود نویز در پاسخ های اندازه گیری شده، مساله عیب یابی را دچار مشکل می نماید که برای حل این مشکل روش رگولاریزیشن تیخونوف در حل مساله مورد استفاده قرار گرفته است. برای ارزیابی پاسخ ها و بررسی عملکرد روش های ارائه شده، چند سازه مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج بدست آمده ناشی از بررسی آنها، پاسخی را که دارای خطای کمتری جهت عیب یابی است و بهتر می تواند محل خرابی را شناسایی کند نشان داده است.

سازه های فضاکار معمولا درجه نامعینی بالایی دارند بنابراین تعداد زیادی اعضای زاید در آنها وجود دارد. از اینرو انتخاب مناسب تعداد گره ها و اعضا برای اینگونه سازه ها با توجه به پارامترهایی از قبیل تعداد گره ها و اعضا، شرایط تکیه گاهی وشکل نهایی آنها اهمیت دارد. بهینه سازی شکل، سعی درادغام هندسه مدل، تحلیل سازه و بهینه سازی به درون یک فرایند کامل طراحی را دارد که بصورت خودکارتوسط رایانه انجام می شود. در این پایان نامه برای بهینه سازی شکل چلیکهای فضاکار از بارگذاری دینامیکی زلزله (روش تحلیل تاریخچه زمانی) بهمراه الگوریتم ژنتیک استفاده شده است. وزن سازه تحت قیدهای تنش، لاغری وجابجایی کمینه شده است. همچنین سطح مقطع اعضا، ضخامت دو لایه و وجود و عدم وجود گره های لایه پایین بعنوان متغیرهای طراحی در نظر گرفته شده است. ایده اصلی در اینجا حذف گره ها و المانهایی می باشد که سهم اندکی در انتقال بار را دارا می باشند و در نهایت روند بهینه سازی شکل به ازای مقادیر مختلف طولی چلیک و نیز تغییر موقعیت تکیه گاهها تکرار می-شود بگونه ای که بتوان شکل بهینه آنها را مقایسه کرد و به یک الگوبهینه دست یافت. جهت هر یک از مراحل اساسی تحقیق حاضر، یک برنامه رایانه ای درمحیط نرم افزار matlab 7 تهیه شده است.

در این تحقیق، یک تعبیر هندسی جدید برای بهینه سازی موقعیت سنسورها جهت تشخیص خرابی در سازه ها ارائه می شود. نگاه این تعبیر هندسی به بهینه سازی موقعیت سنسورها به صورت تصویر بیضیگون نویز بر وجه های فضای تغییرات پاسخ است که هدف از آن، حداقل کردن تاثیر داده های نویزی بر روند تشخیص خرابی می باشد. به دلیل وجود نویز در داده های ثبت شده توسط سنسورها، بعضی از قطرهای بیضیگون نویز در فضای خرابی بسیار بزرگ هستند که موجب خطا در فرآیند تشخیص خرابی می شوند. بنابراین با استفاده از یک ضریب پایدارسازی پیشنهادی بیضیگون نویز در فضای خرابی پایدار شده و بیضیگون نویز معادل نامیده می شود. بر اساس تعبیر هندسی ارائه شده، شش الگوریتم جهت پیدا کردن موقعیت بهینه سنسورها پیشنهاد می شود. برای ارزیابی دقت این روش و تعیین بهترین الگوریتم برای پیدا کردن موقعیت بهینه سنسورها، چندین سازه تحت دو نوع بارگذاری استاتیکی و دینامیکی بررسی گردیده و نتایج آنها با هم مقایسه می شود. پس از آن، تعبیر هندسی معرفی شده به عنوان تابع هدف برای حل مسئله بهینه سازی موقعیت سنسورها با الگوریتم وراثتی استفاده می گردد. در ادامه این تحقیق، موقعیت های سنسورگذاری بدست آمده با بهترین الگوریتم بهینه سازی موقعیت سنسورها از بین الگوریتم های معرفی شده، به عنوان فضای جستجو به عملگر جهش الگوریتم وراثتی اضافه شده و الگوریتم وراثتی بهبود یافته تحت عنوان الگوریتم gv-osp-ga معرفی می شود که دقت آن بیشتر و همگرایی این الگوریتم بسیار سریعتر از الگوریتم وراثتی معمولی است. در نهایت نتایج نشان می دهند که تعبیر هندسی ارائه شده برای تعیین موقعیت بهینه سنسورها مناسب بوده و استفاده از ضریب فیلتر پیشنهادی برای پایدارسازی بیضیگون نویز موثر است. همچنین موقعیت های بهینه سنسورها به درستی تعیین شده و در نتیجه دقت تشخیص خرابی افزایش می یابد و استفاده از الگوریتم وراثتی بهبود یافته در پیدا کردن موقعیت بهینه سنسورها بسیار مناسب است.

حفظ ایمنی سازه ها از ابتدای ساخت تا پایان بهره برداری از اهمیت بسزایی برخوردار بوده، بنابراین تشخیص عیب های موضعی سازه ها در طی عمر مفید آن ها مهم می باشد. با توجه به محدودیت روش های قدیمی، امروزه روش های عیب یابی سازه ها، مبتنی بر پاسخ آنها می باشد. وقوع آسیب در سازه ها باعث تغییر جرم، سختی و خواص میرایی سازه گردیده و در پی آن، پاسخ های استاتیکی و دینامیکی سیستم نیز تغییر می کنند. بنابراین با آگاهی از پاسخ های سازه می توان به وجود عیب، محل و شدت آسیب ها پی برد. با توجه به اینکه خرابی یک پدیده غیر خطی می باشد و حل دستگاه معادلات آن به طور مستقیم محدود و گاهی غیر ممکن است. امروزه بیشتر تحقیقات بر اساس حداقل سازی اختلاف پاسخ سازه خراب واقعی و خراب فرضی که از به روزرسانی پارامترهای فیزیکی مدل در هر مرحله از تکرار به دست می آیند، انجام می گیرند. در این تحقیق با استفاده از دو روش، مدل سازه جهت عیب یابی به روزرسانی شده است. در روش اول، با استفاده از دو الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات و رقابت استعماری طی یک فرایند دو مرحله ای با بهره گیری از پاسخ های مودال، مدل سازه به روز شده است. در روش دوم با بهره گیری از الگوریتم لونبرگ – مارکوارت با استفاده از پاسخ شتاب، مسئله غیر خطی خرابی حل شده است. روش موثر پیشنهادی مبتنی بر آنالیز حساسیت می باشد که طی فرایندی تکراری تابع هدف ارائه شده را حداقل می کند. جهت نزدیک کردن نتایج تئوری به واقعیت، اثر وجود خطا در پاسخ های دینامیکی بررسی می شود. همچنین فرض شده است که سنسور گذاری در تعداد محدودی از گره ها انجام می گیرد. . جهت بررسی کارایی دو روش پیشنهادی و مقایسه آنها، مثال های عددی ارائه شده و نتایج بیانگر عملکرد مطلوب، جهت شناسایی خرابی در سازه ها می باشند.

عیب یابی سازه ها به منظور جلوگیری از خرابی، یکی از فعال ترین زمینه های تحقیقاتی است. وقوع آسیب در سازه ها باعث تغییر جرم، سختی و خواص میرایی سازه گردیده و در پی آن، پاسخ های استاتیکی و دینامیکی سیستم نیز تغییر می کند. امروزه، بیشتر تحقیقات براساس حداقل سازی اختلاف پاسخ سازه سالم و خراب، انجام می گیرد. در این تحقیق با استفاده از دو روش، مدل سازه جهت عیب یابی بروز رسانی شده است. در روش اول، با استفاده از الگوریتم بهینه سازی فاخته طی یک فرآیندی دو مرحله ای با بهره گیری از پاسخ های مودال، مدل سازه بروز شده است. در روش دوم با بهره گیری از روش اختلال هوموتوپی که برای حل دستگاه های غیرخطی کاربرد دارد، مسئله غیرخطی عیب یابی حل شده و همچنین دو الگوریتم برای مسئله عیب یابی ارائه شده است. روش دوم که یک روش تک مرحله ای می باشد، مبتنی بر آنالیز حساسیت بوده که طی فرآیندی تکراری، تابع هدف ارائه شده را حداقل می کند. در این روش، با استفاده از پاسخ های شتاب تحت تحریک دینامیکی، عیب-یابی سازه انجام می شود. همچنین با استفاده همزمان دو پاسخ فرکانس و مود شکل در بردار پاسخ ها، مدل سازه بروز شده است. جهت نزدیک کردن نتایج تئوری به واقعیت، اثر وجود نویز در پاسخ های دینامیکی بررسی می شود. مزیت این تحقیق در آن است که از پاسخ ها در تعداد محدودی از گره ها استفاده شده است. جهت بررسی کارایی دو روش پیشنهادی و مقایسه آنها، مثال های عددی ارائه شده است. نتایج روش اول با الگوریتم بهینه سازی اجتماع ذرات و نتایج روش دوم با روش انتخاب پیشرو مقایسه شده است. نتایج بیانگر عملکرد مطلوب روش های پیشنهادی، جهت شناسایی خرابی در سازه ها می باشد.

بهینه سازی سازه ها یعنی طراحی آن ها به طوری که تمام ضوابط طراحی رعایت گردد و همچنین وزن و یا هزینه اجرایی حداقل را داشته باشد. در این راستا از سه الگوریتم اجتماع ذرات، الگوریتم وراثتی و الگوریتم گروه احتمال به عنوان الگوریتم های بهینه ساز جهت بهینه سازی سازه های خرپایی استفاده شده است و با توجه به اینکه تفاوت اساسی الگوریتم های فرا ابتکاری در نحوه جستجوی فضا است و الگوریتم ها وابسته به نوع جستجوی فضا، کارایی متفاوتی از خود نشان می دهند، جهت نیل به نتایج مطلوب به بهبود فضای جستجوی الگوریتم های وراثتی و اجتماع ذرات پرداخته شده است و همچنین از سیستم استنتاج فازی جهت تنظیم پارامترهای الگوریتم وراثتی استفاده گردیده است. بررسی نتایج به دست آمده کارایی مناسب الگوریتم های اجتماع ذرات و وراثتی را نسبت به الگوریتم گروه احتمال نشان می دهد. شبکه های دولایه فضاکار که جزء سازه های خرپایی محسوب می شوند به دلیل توانایی پوشش سطوح بزرگ، کاربرد های فراوانی دارند، این نوع سازه ها از جمله سازه های پر عضو می باشند که با توجه به هزینه مصالح، طرح بهینه آن ها بسیار حائز اهمیت است. در این تحقیق به بهینه سازی همزمان سایز، شکل و توپولوژی این نوع سازه ها پرداخته شده است. سطح مقطع اعضاء به عنوان متغیر بهینه سازی سایز، ضخامت دولایه و تعداد شبکه بندی سازه در دو جهت به عنوان متغیر بهینه سازی شکل و وجود و عدم وجود گره های شبکه به عنوان متغیرهای بهینه سازی توپولوژی در نظر گرفته شده است و همچنین در مرحله پایانی الگوریتم عضوهای صفر نیرویی به شرط ارضاء قیود طراحی، از سازه حذف می گردند. قیود در نظر گرفته برای بهینه سازی شبکه های دولایه، تنش و لاغری اعضاء و جابجایی گره ها در نظر گرفته شده است. در این راستا از دو الگوریتم اجتماع ذرات، وراثتی به علت نتایج مناسب نسبت به گروه احتمال به عنوان الگوریتم های بهینه ساز جهت بهینه سازی شبکه های دولایه استفاده شده است.

روش های تعیین آسیب مبتنی بر پاسخ های مودال، میزان کاهش سختی المان های سازه را با روندی معکوس به دست می آورند. استفاده از تعداد مودهای کمتر در روند عیب یابی، جنبه کاربردی بودن روش را افزایش می دهد. در روش دو مرحله ای پیشنهادی برای عیب یابی سازه ها، محل و شدت آسیب ها با استفاده از تغییرات پاسخ های مودال و تخمین ماتریس نرمی تعیین می گردند. رابطه معکوس توان دوم فرکانس ارتعاشی با ماتریس نرمی سازه، ویژگی منحصر بفرد ماتریس نرمی است که این ویژگی امکان استفاده از تعداد محدودی از تغییر شکل های ارتعاشی سازه را در تخمین ماتریس نرمی فراهم می سازد. در مرحله اول عیب یابی، المان های مشکوک به آسیب تعیین گردیده و در مرحله دوم، شدت آسیب در آنها مشخص می شود. تاثیر مرحله اول در نتایج نهایی عیب یابی بسیار زیاد بوده و هر چه بتوان تعداد بیشتری از المان های سالم را در این مرحله، شناسایی و از روند عیب یابی حذف کرد، دقت و کارایی روش بطور قابل ملاحظه ای افزایش می یابد که بدین منظور شاخص های جدیدی تعریف و به کار گرفته شده اند. مشخص کردن المان های سالم و تعیین شدت آسیب المان های ورودی به مرحله دوم، از ویژگی های این مرحله در عیب یابی سازه ها می باشد. بکارگیری الگوریتم وراثتی همراه با تابع هدف پیشنهادی در مرحله دوم، باعث مشخص شدن المان های سالم و تعیین دقیق شدت آسیب می شود. کارایی روش پیشنهادی در تعیین محل و شدت آسیب ها و همچنین اثر تعداد المان های سازه، شدت های مختلف آسیب و وجود نویز در پاسخ های مودال با حل مثال های عددی بررسی شده است. نتایج عددی نشان می دهند که دقت و کارایی این روش برای عیب یابی سازه ها اعم از سازه های بزرگ مقیاس با تعداد و شدت های مختلف خرابی، حتی با وجود نویز در پاسخ های سازه ای بسیار مناسب می باشد.

اخیراً به دلیل صرفه جویی در هزینه ها و حجم و وزن مصالح مصرفی جهت ساخت و تولید‏، در همه شاخه های مهندسی سعی بر بهینه سازی مسئله مورد نظر می باشد. بهینه سازی یعنی یافتن بهترین جواب برای یک مسئله و رسیدن به بهترین نتیجه برای آن است. بهینه سازی توپولوژی یکی از شاخه های مهم علم مهندسی است که اخیراً به آن توجه زیادی شده است. در این زمینه روش های بسیاری ارائه شده است که یکی از بهترین روش ها، روش مجموعه سطوح تراز است که بر مبنای حرکت مرزها استوار است و خود به زیر شاخه های متعددی تقسیم بندی می شود. در این رساله هدف بررسی این روشها،انتخاب مناسب ترین روش و استفاده از آن جهت بهینه سازی توپولوژی سازه های پیوسته سه بعدی می باشد. یکی از این روش ها، روش مجموعه سطوح تراز ثابت تکه ای است که در آن مسئله به دو فاز مجزای حفره و ماده تقسیم می شود. این روش مناسب ترین روش برای مسائل چند فازی است. از ویژگی های این روش قابلیت ایجاد حفره داخل دامنه طرح است که وابستگی طرح نهایی را به طرح اولیه از بین می برد.مسائل بهینه سازی معمولاً برمبنای کمینه کردن انرژی کرنشی، کمینه کردن تنش استوار می باشند. لازم به ذکر است در این رساله جهت بهینه سازی از کمینه کردن تابع تنش به عنوان تابع هدف تحت قید حجم استفاده شده است. در نتیجه پس از استفاده از این روش و استفاده از تابع تنش به عنوان تابع هدف مشاهده می گردد حساسیت تحلیل بالا رفته و تاحدودی مرزهای ناهموارتری نسبت به تابع انرژی کرنشی ایجاد می گردد و در نواحی که میزان تنش بالا بوده مقدار المان های حذف شده کمتر از نواحی دیگر می باشد. همانطور که می دانیم وقتی از المان مکعبی هشت گرهی برای تحلیل استفاده می کنیم باید برای محاسبه تنش معیار المان از میانگین گیری تنش های المان بهره برد که این امر سبب تقریب سازی شده ودر نتیجه مرزها دچار پراکندگی و ناهم‎‎واری هایی می شوند.

هدف از این پژوهش ارائه راهکاری جهت افزایش کارایی و سرعت عیب یابی سازه های بزرگ مقیاس با استفاده از روش های پیشرفته ی محاسبات نرم می باشد. با توجه به اینکه مسئله ی عیب یابی در قالب یک دستگاه معادلات غیرخطی مدل شده و حل آن به طور مستقیم، محدود و گاهی غیر ممکن است، امروزه بیشتر تحقیقات براساس حداقل سازی اختلاف پاسخ سازه خراب واقعی (استخراج شده از نتایج ثبت شده ی سنسورها) و خراب فرضی که از به روزرسانی پارامترهای فیزیکی مدل در هر مرحله از تکرار به دست می آیند، انجام می گیرد. روش های به روزرسانی مبتنی بر بهینه سازی، برای سازه های بزرگ مقیاس از حجم بالای محاسبات برخوردار بوده که منجر به پایین آمدن کارایی آن در عیب یابی این نوع سازه ها می شود. در این پژوهش، با ارائه ی مدل کمکی مبتنی بر شبکه عصبی بهینه شده (tnn)، به عنوان یک مکانیزم کارآمد تقریب ساز (eam) برای مدل عددی سازه جهت استخراج پاسخ های مدل سازه به روز شونده، قدمی در جهت کاهش حجم و زمان محاسبات روند بهینه سازیِ عیب یابی برداشته شده است. بدین منظور، مجموعه ای از شبکه های عصبی که برای تقریب سازیِ غیرخطی مورد استفاده در این پژوهش مناسب تر می باشند، طراحی و آموزش داده شده اند. در نهایت، شبکه عصبی با ساختار cascade (cfnn) براساس معیارِ خطای شبکه به ازای داده های تست، انتخاب شد. جهت بهبود عملکرد شبکه عصبیِ منتخب، روشی هوشمند جهت تعیین تابع تحریک و تعداد بهینه ی نورون های لایه ی پنهانِ شبکه عصبی با استفاده از الگوریتم اجتماع ذرات، ارائه شده است. همچنین در این پژوهش، جهت تشخیص عیوب چندگانه در سیستم های سازه ای، یک روش دو مرحله ای جدید شامل الگوریتم جستجوی جامع مبتنی بر شبکه عصبی تابع بنیادی شعاعی(rbfnn) و الگوریتم اجتماع ذرات جامعه تاثیر پذیر(psopc) پیشنهاد شده است. جهت بررسی کارایی روش های پیشنهادی، مثال های عددی ارائه شده و نتایج بیانگر کارآمدی روند حل ارائه شده جهت کاهش قابل ملاحظه ی حجم و زمان محاسبات، ضمن حفظ دقت، نسبت به استفاده از مدل به روزشونده اجزا محدودی در روند حل مسئله ی عیب یابی می باشد.

در این پایان‏ نامه تئوری‏های مرتبه اول برش رایسنر-میندلین و مرتبه سوم برش ردی در روش تحلیل هم‏ هندسی برای مطالعه ‏ی رفتارصفحات ضخیم ، پیاده‏سازی شده‏ اند. در ادامه نیز روش‏های مختلف بهبود‏سازی مورد بررسی قرار گرفته‏‏ است و عملکردترکیب این روش‏ها برای رسیدن به دقت مورد نظر، با یکدیگر مقایسه شده‏ است. با توجه به در نظر گرفتن اثرتغییرشکل‏های برشی در تئوری مرتبه اول برش، این تئوری برای تحلیل صفحات ضخیم مناسب می‏باشد. منتها استفاده از این تئوری برای صفحات نازک در تحلیل اجزا محدود منجر به ایجاد پدیده نامطلوب قفل ‏شدگی برشی و در نتیجه ایجاد خطا می‏شود. با پیاده سازی این تئوری در روش هم ‏هندسی، به خاطر همواری توابع پایه نربز (بی-اسپلاین های غیر یکنواخت نسبتی) دیگر باپدیده قفل شدگی برشی مواجه نمی‏شویم.تئوری مرتبه سوم برش به دلیل پیوستگی c مورد نیاز بین المان ها می تواند دقت جواب ها را افزایش دهد و توزیع تنش برشی را بدون نیاز به ضریب اصلاح برشی، با دقت بیان کند . نربزها به ما این امکان را می دهند که به آسانی به پیوستگی دلخواه دست یابیم. بنابراین تئوری مرتبه سوم برش را در روش‏ هم‏ هندسی،پیاده سازی نمودیم. توابع پایه نربز در روش هم‏ هندسی امکان روش بهبود سازی جدیدی را به نام بهبودسازی-k (که معادل آن در اجزا محدود موجود نیست)، را برای ما فراهم می‏کنند.این روش با روش‏های سنتی بهبود سازیhp مقایسه شده است. در نهایت با استفاده از مثال‏های عددی متنوع، کارایی و دقت تئوری‏های مذکور در تحلیل هم ‏هندسی و قدرت روش بهبودسازی-k به اثبات رسیده است.

روسازی بتن غلتکی یکی ازاقتصادی ترین و بادوام ترین نوع روسازی است که درسطح گسترده ای درروسازی های مورداستفاده قرارمی گیرد. با افزایش بهای قیر و هزینه های اختلاط حرارتی آسفالت گرم ،رویکرد به سمت این نوع روسازی خواهد بود.پیش بینی ومدل سازی طرح اختلاط این بتن براساس پارامترهای ورودی به مانندانواع دیگربتن ، ازپیچیدگی خاصی برخورداراست.رفتارمقاومتی این بتن تحت تاثیرشرایط اجزا آن است وازکوچکترین جزئیات اجزای موجود درمخلوط وتعامل بین اجزامتاثرمی باشد.درمقایسه باشیوه های یافتن مقادیربهینه اجزابا استفاده ازروش های تراکم خاک یاروش مبتنی برقوام بتن، فرآیندبهینه سازی بسیارمنظم تراست و از اطلاعات موجود برای اصلاح طرح استفاده میکند.هدف ازبهینه سازی یافتن مقادیربهینه پارامترهای مهم طراحی برای حداقل یاحداکثرکردن یک کمیت میباشد.الگوریتم های عمومی زیادی درچنددهه اخیر درمسائل بهینه سازی مختلف به خصوص درمسائل گسسته وترکیبی مطرح شده است. الگوریتم های الهام گرفته ازطبیعت مانندالگوریتم ژنتیک، الگوریتم جامعه پرندگان، الگوریتم کلونی مورچه و...را می توان نام برد.لذاهدف این مطالعه آزمایشگاهی ارائه یک روش رسیدن به طرح اختلاط بهینه که مهمترین و اساسی ترین موضوع دررابطه با این بتن است ، برپایه الگوریتم بهینه سازی چندهدفه ژنتیک موسوم به رتبه بندی نامغلوب است.دراین راستا برای تعیین توابع هدف مقاومت فشاری وجرم حجمی خشک بتن برحسب فاکتورهای سیمان ونسبت آب به سیمان ازروش آماری سطح پاسخ استفاده شده است.تعداد 9 طرح اختلاط ویژه طراحی شده با این روش ساخته شد و پس از تعیین ضوابط توابع هدف این دو تابع توسط الگوریتم ژنتیک چندهدفه بارتبه بندی نامغلوب بصورت هم زمان برحسب پارامترهای سیمان وآب به سیمان بهینه شدند.مجموعه جواب پایانی الگوریتم طرح اختلاط هایی برحسب عیارسیمان ونسبت آب به سیمان با مقاومت های فشاری مختلف ، دارای حداکثرجرم حجمی خشکی که میتوان به آن دست یافت ، است.

بهینه سازی دینامیکی سازه ها،به دلیل تحلیل سازه در هر نسل زمان زیادی را میطلبد که با افزایش زمان و درجات آزادی،بیشتر نیز می شود.برای کاهش زمان محاسبات از روش های تقریبی بجای تابع هدف اصلی بهینه سازی در روند بهینه سازی استفاده میکنیم.استفاده از روش های تقریبی می تواند در کاهش زمان تحلیل سازه موثر باشد و درنتیجه معایبی که به دنبال تحلیل مستقیم بدست می آید نیز برطرف می شود.

بررسی اثر باد وزلزله در سازه های فضاکار مهم بوده و این اثر در گنبدها دو چندان میشود.همچنین بهینه کردن گنبدها در اثرهای بارهای باد وزلزله بسیار قابل اهمیت میباشد.

منشأ گسیختگی و خرابی کلی سازه، و قوع ترک در اعضای سازه می باشد. در این تحقیق به عیب یابی یکی از مهمترین اعضای سازه ای که صفحات خمشی می باشند ، پرداخته شده است. یکی از وجوه تمایز این تحقیق نسبت به تحقیقات گذشپته این است که فقط از پاسخ های سازه خراب جهت عیب یابی استفاده می شود و نیاز به پاسخ های سازه سالم نمی باشد. در این تحقیق، عیب یابی صفحات با استفاده از چهار روش مختلف از جمله تبدیل موجک، تبدیل موجک بسته ای، انحنای مودی و مشتق انحنای مودی انجام می شود. بد ین منظور، سازه مورد نظر در نرم افزار opensees مدل شده، سپس ناحیه آسیب دیده به صورت المانهایی با ضخامت کاهش یافته مدل گردیده و پس از آن مود شکل اول سازه آسیب دیده از نرم افزار استخراج میشود. سپس با استفاده از چهار شاخص مبتنی بر 4 روش مزبور، عیب یابی صفحات انجام می شود. نتایج نشان میدهند که روش مشتق انحنای مودی در مقایسه با سایر روش ها دارای دقت بالاتری در تعیین موقعیت خرابی بخصوص در کناره ها و محل تکیه گاه ها می باشد. پس از تعیین مکان های خرابی، شدت آنها با استفاده از دو روش جدید هوشمند بهینه سازی شامل الگوریتم کرم شب تاب و الگوریتم خفاش تعیین میگردد. برای نشان دادن کارایی این دو الگوریتم در تعیین شدت خرابی با استفاده از پاسخ سازه خراب، مثال های متنوعی ارائه شده که نتایج بدست آمده، حاکی از دقت بالای این دو الگوریتم در تعیین شدت خرابی میباشد. همچنین نتایج حاصله با نتایج دو الگوریتم ژنتیک و هارمونی مقایسه شده است. نتایج نشان می دهند هر چند که هر دو الگوریتم کرم شب تاب و خفاش دارای عملکرد مناسبی می باشند ولی الگوریتم خفاش جواب های دقیق تری را ارائه می دهد.

عیب یابی سازه‏ها یکی از شاخه های کنترل سلامت سازه ها می باشد که نقش موثری جهت اطمینان از ایمن بودن سازه را ایفا می‏کند. این امر در سازه های مهم تر همانند پل ها بسیار پررنگ تر می باشد؛ چرا که نوع بارگذاری پل ها و همچنین شرایط هندسی خاصی پل ها، باعث می شود این سازه ها رفتار غیرقابل پیش بینی تری از خود نشان دهند. محدودیت هایی که به دلیل هزینه های سنسورها وجود دارد، باعث شده تعداد کمتری از سنسورها برای انجام روند عیب یابی سازه ها استفاده گردد. در این تحقیق، بهینه سازی موقعیت سنسور با استفاده از آنالیز حساسیت برای سازه های پیوسته که در واقع عضو تشکیل دهنده ی عرشه ی پل ها می باشند، انجام می شود. برای انجام این کار، ابتدا در تمامی درجات آزادی سنسور فرض می شود، سپس با درنظرگرفتن نویز در سیستم و با استفاده از یک تعبیر هندسی، سنسورهایی که نویز ناشی از محل قرارگیری آن ها بیش تر از سایر سنسورها می باشند، حذف می گردند تا تعداد سنسورها به تعداد مورد نظر تقلیل یابد. موقعیت بهینه ی سنسورها، درجات آزادی متناظر با تصویر بیضیگون هایی است که در فضای پاسخ بیش ترین سطح را داشته باشند. بنابراین تابع هدف این سطوح خواهد بود که به وسیله ی الگوریتم اجتماع ذرات گسسته بهینه می شود و موقعیت های مورد نظر برای سنسورگذاری تعیین می گردند. نتایج بوسیله ی مثال های عددی نشان داده شده تا کاربرد و دقت این روند نشان داده شود.

در این تحقیق، موقعیت بهینه سنسورهای مورد استفاده در سدهای بتنی وزنی جهت عیب‏ یابی و پایش سلامتی آنها مورد بررسی قرار می‏گیرد. به دلیل اهمیت سازه سد و مقیاس بزرگ آن، تعداد و موقعیت مناسب سنسورها از اهمیتی خاص برخوردار است. عموما داده‏ های حاصله از سنسورهای قرار داده شده در سازه‏ها حاوی نویز می‏ باشند. هدف از شناسایی موقعیت بهینه سنسورها در عیب‏ یابی سازه به حداقل رساندن میزان این نویزها است. این فرآیند برای مدل‏های مختلف سد بتنی وزنی تحت بارهای وارده بررسی شده است و سپس با استفاده از موقعیت سنسورهای بدست آمده برای هر مدل، محل و مقدار خرابی با در نظر گرفتن پاسخ جابجایی، تشخیص داده می شود.

تشخیص موقعیت و شدت خرابی یکی از مراحل مهم در حفظ و نگهداری سازه ها می باشد. خرابی ایجاد شده در سازه معمولا? به علت طراحی نکردن دقیق یر اساس آیین نامه ها و رعایت نکردن نکات اجرایی حین ساخت و یا به علت زیاد بودن سن سازه و عدم بازرسی به موقع سازه می باشد. عیب یابی سازه ها با دو روش کلی و محلی انجام می گیرد. استفاده از روش های کلی که مبتنی بر رفتار سازه می باشند?به علت افزایش ابعاد سازه ها و مشکلات موجود? مرسوم شده اند. خرابی در سازه موجب تغییر در مشخصات فیزیکی سازه و در پی آن? موجب تغییر در پاسخ های ناشی از تحریک سازه می گردد. با مقایسه این پاسخ ها با پاسخ های سازه سالم و آنالیز کردن آن ها? می توان موقعیت و شدت خرابی در عضوهای سازه را بدست آورد. از آنجایی که وجود عدم قطعیت هایی همچون خطاهای مدل کردن و خطاهای اندازه گیری در عیب یابی سازه ها اجتناب ناپذیرند استفاده از روش های آماری و احتمالاتی در این زمینه کاربرد گسترده ای پیدا کرده اند. در این تحقیق با استفاده از آنالیز حساسیت با در نظر گرفتن عدم قطعیت در اندازه گیری فرکانس های بدست آمده به عیب یابی سازه پرداخته شده است. در ضمن خرابی به صورت کاهش در مدول الاستیسیته لحاظ شده است.

در این راستا، دو رویکرد جدید که عیب یابی مورد نظر را از سایر پژوهش ها در این زمینه تمیز می دهد، ارائه شده است. در رویکرد اول علاوه بر تعیین محل و شدت خرابی اتصالات تیر به ستون، خرابی محتمل در اعضای سازه ای بطور همزمان مورد بررسی قرار گرفته است. در رویکرد دوم محل و شدت خرابی محتمل در اتصالات تیر به ستون بعد از اعمال نیروی زلزله به سازه مورد بررسی قرار گرفته است. جهت تعیین محل و شدت خرابی از شبکه عصبی تابع بنیادی شعاعی (rbf) استفاده شده است. با استفاده از پاسخ های دینامیکی، به طور همزمان مکان و شدت خرابی محتمل در سازه تعیین می شود. عیب یابی مذکور با ارائه مثال هایی از حالات مختلف خرابی بر روی سازه های فولادی مورد بررسی قرار گرفته است. نتایج عددی نشان می دهد که روش های پیشنهادی جهت عیب یابی همزمان اتصالات و اعضاء و نیز عیب یابی اتصالات پس از اعمال نیروی زلزله در سیستم های قاب خمشی بسیار کارا بوده و از آن می توان در مسایل عملی سود جست.

هدف از این تحقیق ارزیابی برخی روش های جستجوی محلی غیرخطی حل دستگاه معادلات برای بکارگیری در بحث عیب یابی سازه ها و ارائه روشی کارآمد به منظور یافتن آسیب های سازه های کوچک و بزرگ است. دو روش گرادیان مزدوج غیرخطی و روش bfgs از جمله روش های قدرتمند حل دستگاه معادلات غیرخطی هستند که در این تحقیق مورد ارزیابی قرار گرفته اند. مشکل ناپایداری آن ها توسط روش تیخونوف غیر استاندارد اصلاح گردیده است و نهایتاً روشی کارآمد برای عیب یابی سازه های کوچک و بزرگ ارائه شده است. همچنین جهت بررسی کارایی روش پیشنهادی از یک خرپای دو بعدی و چهار سازه فضاکار استفاده گردیده است. پاسخ های فرکانس و شتاب به عنوان پاسخ های سازه ای مورد استفاده و ارزیابی قرار گرفته اند. کلمات کلیدی: عیب یابی- بروزرسانی مدل اجزا محدود- پاسخ دینامیکی- پایدارسازی- جستجوی محلی- گرادیان مزدوج غیرخطی- bfgs