Generation of structural systems based on topology optimization

Σκοπός αυτής της έρευνας είναι η δημιουργία ενός ολιστικού πλαισίου για τη φάση εννοιολογικού σχεδιασμού των κατασκευών πολιτικού μηχανικού από την άποψη της Βελτιστοποίησης Τοπολογίας Κατασκευών (STO). Στη βιβλιογραφία, η εφαρμογή του STO στον τομέα των Πολιτικών Μηχανικών, είναι αρκετά περιορισμένη. Βασικοί περιορισμοί των υφιστάμενων εργασιών, είναι οι δυσκολίες στην αναπαράσταση των βελτιστοποιημένων διατάξεων και το γεγονός ότι στις περισσότερες περιπτώσεις λαμβάνονται υπόψη εξιδανικευμένες δομικές συνθήκες. Η αντιπαράθεση αυτών των δύο ζητημάτων είναι ο πρωταρχικός στόχος αυτής της διδακτορικής έρευνας. Οι κατασκευαστικοί περιορισμοί εφαρμόζονται στη Βελτιστοποίηση Τοπολογίας (TO) που βασίζεται σε συνεχές, προκειμένου να παρέχονται λύσεις για εφαρμογές Πολιτικού Μηχανικού. Οι προτεινόμενες μεθοδολογίες, καθοδήγησαν τον αλγόριθμο στη δημιουργία διακριτών δομών, που αποτελούνται από δοκούς ή προκαθορισμένα δομικά στοιχεία. Αποκορύφωμα αυτών των διαδικασιών είναι η αυτοματοποίηση της ενσωμάτωσης των βελτιστοποιημένων δομών σε περιβάλλον σχεδίασης με τη βοήθεια υπολογιστή (CAD). Για το σκοπό αυτό εφαρμόζονται προσεγγίσεις επεξεργασίας εικόνας και τεχνικές παραμετρικού σχεδιασμού. Παρουσιάζονται καινοτόμα δομικά συστήματα για ψηλά κτίρια και κελύφη, που δεν μπορούν να παραχθούν με συμβατικές τεχνικές σχεδιασμού. Επιπλέον, εξετάζεται η βελτιστοποίηση δομικής τοπολογίας πλαισίου (FSTO) και εξετάζεται η απόδοση των δομικών συστημάτων υπό στατικές και δυναμικές φορτίσεις. Η συμβατική διατύπωση της ελαχιστοποίησης της συμμόρφωσης εφαρμόζεται στο εμπορικό λογισμικό SAP2000. Το διπλό πρόβλημα της ελαχιστοποίησης όγκου εκτελείται σε ένα εσωτερικό λογισμικό, που αναπτύχθηκε στα πλαίσια αυτής της έρευνας και τα τυποποιημένα χαλύβδινα μέλη υλοποιούνται μέσω ανάλυσης παλινδρόμησης. Οι περιορισμοί που επιβάλλονται από τους κανονισμούς του κώδικα σχεδιασμού εφαρμόζονται, με αποτέλεσμα βελτιστοποιημένες διατάξεις που είναι πολύ κοντά στις δομές του πραγματικού κόσμου. Ορισμένα από τα προτεινόμενα δομικά συστήματα σχεδιάζονται επίσης από εμπορικό λογισμικό, επισημαίνοντας τη σημασία του FSTO στον κατασκευαστικό κλάδο. Επιπλέον, διεξάγεται μια εκτεταμένη έρευνα βελτιστοποιημένων τοπολογικών κατασκευών υπό δυναμικές διεγέρσεις και πραγματικές συνθήκες σεισμού. Περιγράφεται διεξοδικά η κρίσιμη διαδικασία της αξιολόγησης της ανάλυσης ευαισθησίας και παρουσιάζονται καινοτόμα δομικά συστήματα για ψηλά κτίρια.