بهینه سازی توپولوژی، شکل و ابعاد سازه های کش بستی با تعداد عضو مشخص تحت بارگذاری خارجی

سازه های کش بستی، سازه های گسسته با اعضای دونیرویی هستند که علاوه بر کاربردهای معماری، به عنوان یک سازه باربر نیز مورد توجه قرار گرفته اند. از آن جا که در این سازه ها کابل ها فقط کشش و میله ها فقط فشار را تحمل می کنند، با داشتن اعضای کمتر در مقایسه با خرپاها و پیش تنیدگی در هنگام برپا شدن، ساختار خود متعادلی را ایجاد می نمایند که هم می توانند بارگذاری خارجی را تحمل کنند و هم بالقوه جرم کمتری در مقایسه با خرپا ها دارا باشند. تعیین چیدمان پایدار سازه های کش بستی (توپولوژی)، موقعیت گره های آنها (شکل) و ابعاد مقطع این سازه ها (تعیین اندازه) به منظور بهینه سازی جرم سازه، با چالش زیادی همراه است چرا که تحلیل این سازه ها به صورت ماتریسی ممکن نیست و معادلات حاکم غیر خطی هستند. در این مقاله، با در نظر گرفتن سازه ی کش بستی از کلاس یک با تعداد مشخصی کابل و میله، با تکیه گاه مشخص برای تحمل بار معلوم در گره های معین، جرم سازه بهینه می شود. متغیرهای طراحی شامل نحوه ی اتصال اعضا، و چگالی نیرویی و سطح مقطع آن ها، و قیود مسئله شامل استحکام اعضا، کمانش میله ها و حداکثر جابجایی گرهی، و مختصات گره های شناور برای ایجاد تقارن است. قیود مسئله با فرایند غیر خطی شکل یابی ساختار خود متعادل پیش تنیده، و تحلیل خطی سازه بارگذاری شده با فرض جابجایی های کوچک ارزیابی می شوند. در یک گام ابتکاری، بهینه سازی به طور همزمان در مناطق مختلفی از فضای جواب، که بالقوه ارزشمند هستند صورت می گیرد و پاسخ های متنوعی پدید می آیند. تنوع سازه های بهینه در نتایج ارائه شده مشاهده می شود.

کلیدواژه ها:

Tensegrity structures ، Force density method ، Form-finding ، Optimization ، سازه های کش بستی ، روش چگالی نیرویی ، شکل یابی ، بهینه سازی