توسعه و ترکیب روشهای فراکاوشی برای بهینه سازی سازه های بزرگ مقیاس

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.