automatick optimalizace konstrukc pomoc scia engineer n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
Automatická optimalizace konstrukcí pomocí SCIA Engineer PowerPoint Presentation
Download Presentation
Automatická optimalizace konstrukcí pomocí SCIA Engineer

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 43

Automatická optimalizace konstrukcí pomocí SCIA Engineer - PowerPoint PPT Presentation


  • 172 Views
  • Uploaded on

Automatická optimalizace konstrukcí pomocí SCIA Engineer. Ing. Lukáš Dlouhý, SCIA CZ, s.r.o. Ing. Martin Novák CSc., SCIA CZ, s.r.o. Konference STATIKA 2011, 26. a 27. května 2011. Obsah příspěvku. Motivace optimalizace Kategorizace optimalizace Optimalizační proces s pomocí Scia Engineer

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'Automatická optimalizace konstrukcí pomocí SCIA Engineer' - jamalia-erickson


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
automatick optimalizace konstrukc pomoc scia engineer

Automatická optimalizace konstrukcí pomocíSCIA Engineer

Ing. Lukáš Dlouhý, SCIA CZ, s.r.o.

Ing. Martin Novák CSc., SCIA CZ, s.r.o.

Konference STATIKA 2011, 26. a 27. května 2011

slide2

Obsah příspěvku

  • Motivace optimalizace
  • Kategorizace optimalizace
  • Optimalizační proces s pomocí Scia Engineer
  • Použité optimalizační metody a jejich srovnání
  • Příklady použití
  • Výhledy do budoucna
slide3

Motivace : Co lze získat, co chybí

  • Proč optimalizovat konstrukci?
    • Snaha uspořit nejen výrobní náklady vede k optimálnímu návrhu konstrukcí
    • Lepší porozumění chování konstrukce – podpora zkušenosti
    • Nyní již obvyklá ve strojírenství – netradiční ve stavebnictví
    • Proč není optimalizace součástí návrhu stavebních konstrukcí?
    • Optimalizace je sama o sobě velmi náročná (znalosti, potřebný čas, …)
    • Problém je komplexní – příliš mnoho omezujících podmínek daných normou
    • Chybějící optimalizační software
    • Důsledek
    • Nemetschek Scia CZ aFakulta stavební, ČVUT v Praze:

Vývoj SCIA Engineer Optimization Toolbox (EOT)

motivace n vrhov postupy
Motivace : Návrhové postupy

Zadání geometrie a nákladů

Výpočet (MKP)

Výběr konstrukce

Zadání vstupních dat a kritérií

Návrh dimenzí

Návrh dimenzí

Posudek konstrukce

Výpočet (MKP)

Posudek konstrukce

Tradiční

Projektant zadává a vybírá.

„Zautomatizovaný“

Projektant zadává, navrhuje, posuzuje.

slide5

Kategorizace optimalizace

  • Topologická
  • Optimalizace tvaru
  • Rozměrová
  • Optimalizace skladby

4

topologick optimalizace
Topologická optimalizace
  • Dáno: Prostředí (materiál, podpory, zatížení)
  • Hledá se: optimální rozmístění materiálu (zadaná hmotnost jako omezující podmínka)
  • Reprezentace: nejčastěji spojité hodnoty objemového zastoupení materiálu
  • Řešení: např.:
    • Homogenizační techniky
    • Metody matematického programování
    • Meta-heuristiky
    • Filtry
  • Aplikace: Nyní nejčastěji automobilový a letecký průmysl
optimalizace tvaru
Optimalizace tvaru
  • K topologii přidáno: Parametrický popis geometrie
  • Hledá se: minimální hmotnost/cena (maximální napětí jako omezující podmínka)
  • Reprezentace: nejčastěji spojité hodnoty splinových parametrů, ale mohou být i pozice styčníků příhradové konstrukce
optimalizace tvaru1
Optimalizace tvaru
  • K topologii přidáno: Parametrický popis geometrie
  • Hledá se: minimální hmotnost/cena (maximální napětí jako omezující podmínka)
  • Reprezentace: nejčastěji spojité hodnoty splinových parametrů, ale mohou být i pozice styčníků příhradové konstrukce
  • Řešení:
    • Nejčastěji gradientní metody
  • Aplikace: Automobilový a letecký průmysl
rozm rov optimalizace
Rozměrová optimalizace
  • Navíc dáno: tvar
  • Hledá se: minimální hmotnost/cena (maximální napětí a vzpěr jako omezující podmínky)
  • Reprezentace: spojité a diskrétní průřezové charakteristiky
  • Řešení pro spojité proměnné:
    • Gradientní metody
    • Meta-heuristiky
  • Řešení pro diskrétní proměnné:
    • Heuristiky
    • Meta-heuristiky
  • Aplikace: Jakékoliv prutové konstrukce
optimalizace skladby
Optimalizace skladby
  • Navíc přidáno: průřez může mít nulovou plochu
  • Hledá se: minimální hmotnost/cena (maximální napětí a vzpěr jako omezující podmínky)
  • Reprezentace: spojité i diskrétní průřezové charakteristiky
optimalizace skladby1
Optimalizace skladby
  • Navíc přidáno: průřez může mít nulovou plochu
  • Hledá se: minimální hmotnost/cena (maximální napětí a vzpěr jako omezující podmínky)
  • Reprezentace: spojité i diskrétní průřezové charakteristiky
  • Řešení pro spojité proměnné:
    • Gradientní metody
    • Meta-heuristiky
  • Řešení pro diskrétní proměnné:
    • Heuristiky
    • Meta-heuristiky
  • Aplikace: Jakékoliv prutové konstrukce
automatick n vrh pr ez autodesign
Automatický návrh průřezů (Autodesign)
  • Rozměrová optimalizace
  • Příklad heuristického postupu
  • Řešení:

Staticky určitá konstrukce:

      • vnitřní síly dány ze silových podmínek rovnováhy
      • iterace v důsledku vzpěru

Staticky neurčitá konstrukce:

      • iterační metody i pro výpočet vnitřních sil

Příklad

      • síla se pohybuje po dolním pásu
      • profily IPE
automatick n vrh pr ez autodesign1
Automatický návrh průřezů (Autodesign)
  • Iterace: vnitřní síly – posudek – návrh
  • Nepravidelná oscilace s cca návratem po 10 iteracích
  • Minimum nesplňuje omezující podmínky, nejbližší řešení naopak není optimální
slide14

Optimalizační postup

User

Statical software (Scia Engineer)

Optimization algorithm (EOT)

13

slide15

Optimalizační postup

User

Statical software (Scia Engineer)

Independent variables

XML (input)

Resultant tables

XML (output)

Optimization algorithm (EOT)

14

slide16

Optimalizační postup

User

Statical software (Scia Engineer)

Independent variables

XML (input)

Resultant tables

XML (output)

Optimization algorithm (EOT)

Optimum

15

slide17

Optimalizační metody

  • Optimalizační metody dostupné v EOT
    • Meta-heuristiky
      • Modified simulated annealing (MSA)
      • Differential evolution (DE)
    • Gradientní metody
      • Sequential quadratic programming (SQP)
    • Heuristické metody
      • Nelder-Mead (N-M)
    • One parametric method
      • Metoda zlatého řezu (Golden section method)

16

genetick algoritmy
Genetické algoritmy

Příklad: Modifikované simulované žíhání (MSA)

křížení

mutace

Nová

generace

slide22

Výběr vhodné optimalizační metody

Parametry ovlivňující výběr

  • Linearita a hladkost cílové funkce a omezujících podmínek
  • Typ vstupních proměnných (reálné, celočíselné, výčtové)
  • Počet proměnných
  • Doba jednoho výpočtu
  • Počet cílových funkcí
slide23

rychlá

/ malý

vysoká

Gradientní m.

MSA – genetická m.

Diferenciální evoluce

Nelder-Mead

Rychlost konvergence / Počet kroků

Robustnost - Stabilita

Nelder-Mead

Diferenciální evoluce

Gradientní m.

MSA – genetická m.

pomalá

/ velký

nízká

Výběr vhodné optimalizační metody

Dostupné metody

22

slide24

vysoký

obecný

Gradientní m.

MSA – genetická m.

Diferenciální evoluce

Diferenciální evoluce

Počet parametrů

Typ úlohy

MSA – genetická m.

Nelder-Mead

Nelder-Mead

Gradientní m.

omezená

skupina

nízký

Výběr vhodné optimalizační metody

Dostupné metody

slide26

Výběr vhodné optimalizační metody

Typový příklad

  • Pozice podpor – minimalizace ohybových momentů

25

p klad
Příklad 
  • Hledání umístění podpory minimalizace ohybového momentu
  • Jedna spojitá neznámá  vhodná metoda: metoda zlatého řezu

27

slide29

Příklad 

  • Optimalizace tvaru konstrukce minimalizace ohybových momentů
  • Několik spojitých proměnných  vhodná metoda: gradientní metoda (SQP), alternativně NM

28

slide30

Příklad 

  • Optimalizace příhradového nosníku (tvar i příčný řez)  minimalizace hmotnosti
  • Varianty:
    • 1) Pozice styčníků + příčné řezy spojité proměnné  SQP i NM
    • 2) Pouze diskrétní příčné řezy + SU konstrukce  NM a autodesign
    • 3) Pouze diskrétní příčné řezy + SN konstrukce  Meta-heuristiky (DE,MSA)

29

slide31

Příklad 

2D ocelový rám

  • Optimalizace tvaru i příčných řezů
  • Spojité proměnné
  • Metoda SQP
  • cca 360 iterací
  • 3 hodiny
slide32

Původní řešení

Hmotnost2115kg

Maximální posun 130 mm

  • Nalezené optimum

Hmotnost 1713 kg

Maximální posun149,7 mm

Úspora 20%

slide33

Příklady 

  • Betonové konstrukce
    • výztuž (aktivní i pasivní) + beton
    • diskrétní nezávislé proměnné (profily výztuže, počet předpínacích kabelů)
    • nespojitosti v posudcích železobetonu
  • Nejvhodnější metoda – Modifikované simulované žíhání / modified simulated annealing(MSA), alternativně Diferenciální Evoluce (DE)

32

slide34

Příklad 

  • Dvoupolový spojitý nosník (2x4,0m)
  • Stálé i užitné zatížení
  • Normový posudek podle EN1992-1-1
    • Momentová i smyková únosnost
    • Použitelnost
    • Kontrola konstrukčních zásad
  • Minimalizace celkové ceny
  • Spojitý železobetonový nosník

33

slide35

Příklad 

Spojitý železobetonový nosník

  • Metoda MSA
  • 907 iterací
  • 40s jedna iterace
  • Úspora 24%

34

slide36

Příklad 

  • Rozpětí 14,0+17,0+14,0 m
  • Lichoběžníkový příčný řez
  • Posudek podleČSN 73 6207
  • Dodatečně předpjatá mostní konstrukce s vrubovými klouby

35

slide37

Příklad 

Dodatečně předpjatá mostní konstrukce s vrubovými klouby

  • Předpínací výztuž Ls 15,5-1860
  • Původní návrh projektanta

6ks 18ti-lanového kabelu geometrie A

2ks 19ti-lanového kabelu geometrie B

2ks 18ti-lanového kabelu geometrie C

slide38

Příklad 

Dodatečně předpjatá mostní konstrukce s vrubovými klouby

  • Cílová funkce – plocha předpínací výztuže
  • Kombinace A

stálé a nahodilé (Podvalník+rovn. teplota + 0,5*nerovn. teplota+pokles podpor)

  • Kombinace B

stálé a nahodilé bez dopravy (rovn. teplota + 0,7*nerovn. teplota+pokles podpor)

  • Constraint

Posudek dovolených namáhání betonu

slide39

Příklad 

Dodatečně předpjatá mostní konstrukce s vrubovými klouby

  • Metoda MSA
  • Úspora 15%
slide40

Příklad 

Zatížitelnost

  • Hledání maximálního zatížení
  • Jedna spojitá neznámá
  • Metoda zlatého řezu
  • Alternativně DE, MSA
slide41

Příklad 

Zatížitelnost

slide42

Odezva od uživatelů a pohled do budoucna

  • Zpětná vazba
    • Praktická aplikace uživatelů na reálné příklady
    • Rozdílné metody vhodné pro rozdílné úlohy, nutnost hledání/testování/zkoumání
    • !Obecná metoda neexistuje!
  • Výhled
    • Vícekriteriální optimalizace
    • Paralelní výpočty
    • Hybridní metody optimalizace

41

k onta kt
Kontakt

Tento projekt byl realizován za finanční podpory z prostředků státního rozpočtu prostřednictvím Ministerstva průmyslu a obchodu ČR (projekt MPO FT-TA4/100).

Děkuji za pozornost

Nemetschek Scia CZ, s.r.o

Slavíčkova 1a

638 00Brno

Czech Republic

E-Mail: info@scia-online.com

Internet: www.scia-online.com

42