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Tipo: TCC
Título : Otimização de estruturas com gradação funcional utilizando algoritmos heurísticos e modelos substitutos
Título en inglés: Optimization of structures with functional gradation using heuristic algorithms and surrogate models
Autor : Martins, Jonatas Medeiros de Freitas Cacau
Tutor: Parente Júnior, Evandro
Palabras clave : Otimização estrutural;Materiais com gradação funcional;Algoritmos heurísticos;Modelos substitutos;Otimização sequencial aproximada
Fecha de publicación : 2021
Citación : MARTINS, Jonatas Medeiros de Freitas Cacau. Otimização de estruturas com gradação funcional utilizando algoritmos heurísticos e modelos substitutos. 2021. 79 f. TCC (Graduação em Engenharia Civil) - Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, 2021.
Resumen en portugués brasileño: O projeto de estruturas de material com gradação funcional vem recebendo bastante atenção da comunidade acadêmica, uma vez que elas apresentam excelente desempenho nas mais diversas aplicações, somado à facilidade de controle que o projetista tem na gradação suave e contínua desse material. Visando potencializar o seu desempenho em relação a determinada característica de interesse, diversas técnicas de otimização vêm sendo utilizadas. Os algoritmos heurísticos se destacam nessa aplicação, em especial a Otimização por Nuvem de Partículas (Particle Swarm Optimization) (PSO). Apesar de em muitas aplicações a Evolução Dierencial (Differential Evolution) (DE) superar o PSO em termos de precisão e eficiência, eles ainda não foram comparados no caso de estruturas com gradação funcional. Outro tópico importante nesses algoritmos é o tratamento das restrições de projeto que pode ser realizada a partir diferentes metodologias que serão estudadas no presente trabalho. Entretanto, o elevado custo computacional das análises estruturais pode se apresentar como uma limitação para essa estratégia de otimização, uma vez que os algoritmos heurísticos realizam um grande número de avaliações do modelo de análise. Nesse contexto, os modelos substitutos serão utilizados como uma alternativa para ajudar a reduzir o custo computacional e permitir a otimização de estruturas complexas. Neste trabalho, o modelo substituto que será estudado são as Funções de Base Radial (Radial Basis Functions) (RBF). Um aspecto de extrema importância na construção desses modelos é a quantidade de pontos que será adotada no Projeto de Experimentos, sendo esse um dos parâmetros de estudo desse trabalho. Os modelos substitutos serão incorporados a uma metodologia de otimização conhecida como Otimização Sequencial Aproximada (Sequential Approximate Optimization) (SAO), onde a superfície de resposta aproximada é continuamente atualizada e melhorada pela inserção de novos pontos. Os novos pontos serão escolhidos de forma a maximizar a melhoria esperada. Para isso serão utilizadas e avaliadas a PSO e a DE. Uma comparação entre as diferentes metodologias será realizada em termos de precisão, eficiência e robustez. Os resultados obtidos foram excelentes, a eficiência da Otimização Sequencial Aproximada foi verificada através de exemplos numéricos, sendo encontrados diferenças muito pequenas em comparação com a otimização convencional a um custo computacional muito menor. A DE também apresentou resultados excelentes e uma eficiência maior que a PSO.
Abstract: The design of material structures with functional gradation has received a lot of attention from the academic community, since they present excellent performance in the most diverse applications, added to the ease of control that the designer has in the smooth and continuous gradation of this material. In order to enhance its performance in relation to a particular characteristic of interest, several optimization techniques have been used. The heuristic algorithms stand out in this application, especially the Particle Swarm Optimization (PSO). Although in many applications Differential Evolution (DE) outperforms PSO in terms of precision and efficiency, they have not yet been compared in the case of structures with functional gradation. Another important topic in these algorithms is the treatment of design restrictions that can be carried out from different methodologies that will be studied in the present work. However, the high computational cost of structural analysis can present itself as a limitation for this optimization strategy, since heuristic algorithms perform a large number of evaluations of the analysis model. In this context, the surrogate models will be used as an alternative to help reduce the computational cost and allow the optimization of complex structures. In this work, the surrogate model that will be studied is the Radial Basis Functions (RBF). An extremely important aspect in the construction of these models is the number of points that will be adopted in the Experiments Project, which is one of the study parameters of this work. The surrogate models will be incorporated into an optimization methodology known as Sequential Approximate Optimization (SAO), where the approximate response surface is continually updated and improved by the insertion of new points. The new points will be chosen in order to maximize the expected improvement. For this, PSO and DE will be used and evaluated. A comparison between the different methodologies will be carried out in terms of precision, efficiency and robustness. The results obtained were excellent, the efficiency of the Sequential Approximate Optimization was verified through numerical examples, being found very small differences in comparison with the conventional optimization at a much lower computational cost. The DE also showed excellent results and greater efficiency than PSO.
URI : http://www.repositorio.ufc.br/handle/riufc/66073
Aparece en las colecciones: ENGENHARIA CIVIL - Monografias

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