71 |
[en] ALGORITHMS FOR POST ENROLLMENT-BASED COURSE TIMETABLING / [pt] ALGORITMOS PARA PROBLEMAS DE PROGRAMAÇÃO DE HORÁRIOS DE CURSOS PÓS-MATRÍCULAVITOR CAVALCANTI DANTAS 24 June 2009 (has links)
[pt] Problemas de Programação de Horários (PPHs) tem sido amplamente
estudados, dada a sua importância prática e teórica. A maioria das variações
do problema pertence µa classe NP-Difícil. Em geral, trata-se da alocação de
recursos materiais e humanos no espaço e no tempo, visando a otimização
de um conjunto de objetivos definidos. Na Programação de Horários de
Cursos Universitários, por exemplo, o objetivo pode ser a satisfação do
corpo docente e o desempenho acadêmico dos alunos. Nos últimos anos, as
formulações de PPHs propostas pela International Timetabling Competition
(ITC) tem sido bastante utilizadas, sendo notável a predominância de
métodos baseados em busca local e metaeurísticas entre as abordagens
propostas recentemente. Este trabalho tem como objetivo propor algoritmos
para o Problema de Programação de Horários Pós-Matrícula da ITC,
focando principalmente em métodos heurísticos baseados em Programação
Matemática. Entre os modelos de Programação Linear Inteira Mista que
propomos para este problema, destaca-se o modelo baseado na Formulação
de Representantes Assimétricos para o Problema de Coloração de Grafos.
Abordamos a aplicação da heurística de Local Branching e propomos um
esquema de resolução por Geração de Colunas, como forma de viabilizar
o tratamento dos modelos propostos, uma vez que a complexidade de tais
modelos representa um desafio para os resolvedores de Programação Linear
Inteira Mista atualmente disponíveis. / [en] Timetabling Problems have been widely studied, given its practical and
theorical relevance. Most of its variations belong to the NP-Hard class of
problems. In general, it is about allocation of material and human resources
in time and space, aiming to optimize some set of defined objetives. In
University Course Timetabling, for example, the objective might be the
satisfaction of professors and the academic performance of students. In the
last years, the formulations for timetabling problems proposed by the In-
ternational Timetabling Competition (ITC) have been widely adopted. The
predominance of meta-heuristics and local search-based methods is remark-
able among the recently proposed approaches. The objetive of this thesis
is to propose algorithms for the Post Enrolment-based Course Timetabling
Problem of the ITC, focusing on Mathematical Programming-based heuris-
tic methods. Among the Mixed Integer Linear Programming models that
we propose for this problem, we highlight the one based on the Asymetric
Representatives Formulation for the Graph Coloring Problem. We explore
the application of the Local Branching heuristic and we propose a Column
Generation solution procedure, as an attempt to handle the proposed models,
given that the complexity of such models poses a challenge for currently
available Mixed Integer Linear Programming solvers.
|
72 |
[en] SCHEDULE OPTIMIZATION WITH PRECEDENCE CONSTRAINTS USING GENETIC ALGORITHMS AND COOPERATIVE CO-EVOLUTION / [pt] OTIMIZAÇÃO DE PLANEJAMENTOS COM RESTRIÇÃO DE PRECEDÊNCIA USANDO ALGORITMOS GENÉTICOS E CO-EVOLUÇÃO COOPERATIVAANDRE VARGAS ABS DA CRUZ 17 July 2003 (has links)
[pt] Esta dissertação investiga o uso de Algoritmos Genéticos e
de Co-Evolução Cooperativa na otimização de problemas de
planejamento com restrições de precedência. Neste tipo de
problema algumas ou todas as tarefas têm restrições que
implicam na necessidade de planejá-las ou executá-las antes
ou depois de outras. Por esta razão, o uso de modelos
evolucionários convencionais como, por exemplo, os baseados
em ordem pode gerar soluções inválidas, não penalizáveis,
que precisam ser descartadas, comprometendo assim o
desempenho do algoritmo. O objetivo do trabalho foi,
portanto, estudar formas de representação de soluções para
este tipo de problema capazes de gerar somente soluções
válidas, bem como avaliar o desempenho dos modelos
propostos. O trabalho consistiu de 3 etapas principais: um
estudo sobre problemas de otimização de planejamento com
algoritmos genéticos; a definição de novos modelos usando
algoritmos genéticos e co-evolução cooperativa para
otimização de problemas de planejamento com restrições de
precedência e a implementação de uma ferramenta para estudo
de caso.
O estudo sobre os problemas de otimização de planejamentos
com algoritmos genéticos envolveu o levantamento de
representações, dificuldades e características deste tipo
de problema e, mais especificamente, de representações
baseadas em ordem.
A modelagem do algoritmo genético consistiu
fundamentalmente na definição de uma representação dos
cromossomas e da função da avaliação que levasse em conta a
existência de restrições de precedência (tarefas que devem
ser planejadas/executadas antes de outras).
A construção do modelo co-evolucionário por sua vez
consistiu em definir uma nova população, com uma outra
representação, que se responsabilizasse pela distribuição
dos recursos para execução das tarefas, responsabilidade
esta que, no modelo com algoritmos genéticos convencionais,
era tratada de forma simples por um conjunto de heurísticas.
Finalmente, desenvolveu-se uma ferramenta para implementar
estes modelos e tratar de um estudo de caso complexo que
oferecesse as características necessárias para testar a
qualidade das representações e avaliar os resultados. O
estudo de caso escolhido foi a otimização do planejamento
da descarga, armazenamento e embarque de minério de ferro
de modo a minimizar o tempo de estadia dos navios em um
porto fictício.
Foram realizados vários testes que demonstraram a
capacidade dos modelos desenvolvidos em gerar soluções
viáveis, sem a necessidade de heurísticas de correção, e os
resultados obtidos foram comparados com os de um processo
de busca aleatória. Em todos os casos, os resultados
obtidos pelos modelos foram sempre superiores aos obtidos
pela busca aleatória. No caso do modelo de representação
com uma única população obteve-se resultados até 41%
melhores do que com os obtidos por uma busca aleatória. No
caso do modelo de representação com co-evolução o resultado
ficou 33% melhor que a busca aleatória com tratamento de
solução idêntico ao da solução co-evolucionária. Os
resultados da co-evolução comparados com o algoritmo
genético com uma única espécie foram 29% melhores. / [en] This work investigates the use of Genetic Algorithms and
Cooperative Co-Evolution in optimization of scheduling
problems with precedence constraints. In this kind of
problem some or all tasks have constraints that imply
planning or executing them before or after others. For this
reason, the use of order-based conventional evolutionary
models may generate invalid solutions, which cannot
be penalized, needing to be discarded and therefore
compromising the algorithm performance. The main goal was
therefore to study models for this kind of problem that are
capable of generating only valid solutions. The work was
divided in 3 main steps: a survey on scheduling
optimization problems using genetic algorithms; definition
of two models based on genetic algorithms and cooperative
co-evolution for optimizing scheduling problems with
precedence constraints; and the implementation of a tool
for a case study.
The study on scheduling optimization problems with genetic
algorithms consisted in gathering information about
representations and characteristics of this kind of problem
and, more specifically, about order-based representations.
The genetic algorithm modeling consisted basically in
defining a chromosome representation and an evaluation
function that took into account the existence of precedence
constraints (tasks that must be scheduled or executed
before others).
The co-evolutionary model consisted in defining a new
population, with another representation scheme, which was
responsible for distributing resources for tasks execution.
On the conventional genetic algorithm model, this role was
played by a simple set of heuristics.
Finally, a tool was developed for implementing those models
and treating a complex case study which offered the needed
characteristics for testing representation performance and
evaluating results. The chosen case study was the
optimization of iron ore dumping, stocking and ship loading
on a fictitious harbor, targeting minimization of ships
waiting time.
Tests were done in order to demonstrate the ability of the
developed models in generating viable solutions without the
need of corrective heuristics and the results were compared
to the results obtained through exhaustive search. In all
cases, the models` results were better than the exhaustive
search ones. In the case where the representation used a
single population the results obtained were up to 41%
better than the ones with the exhaustive search. The co-
evolutionary results outperformed the co-evolutionary
search with the same solution representation by 33%.
Compared to the single specie genetic algorithm, the co-
evolutionary model outperformed it by 29%.
|
73 |
[en] PROPOSITION FOR OPTIMIZATION OF BIDDING PROCESSES IN COMPANHIA BRASILEIRA DE TRENS URBANOS - CBTU / [pt] PROPOSTA PARA OTIMIZAÇÃO DE PROCESSOS LICITATÓRIOS NA COMPANHIA BRASILEIRA DE TRENS URBANOS - CBTUADRIANA FONSECA LINS 07 April 2004 (has links)
[pt] Com base em alguns conceitos de planejamento, que buscam utilizar recursos materiais e humanos de forma racional e eficiente, e na Lei Nacional das Licitações, Lei 8.666/93, que normatiza as contratações feitas pelas empresas públicas, este trabalho estuda os procedimentos adotados em um processo de licitação e apresenta uma proposta para otimizar esses processos e suas consequentes contratações.
Discute-se a metodologia de planejamento adaptativo, o processo de Gestão de Conhecimento e a estratégia empresarial de aperfeiçoamento de processos de modo a compor uma base teórica para dar suporte ao projeto de melhoria de desempenho e otimização dos processos licitatórios. Este trabalho analisa também as condições de aplicação da Lei 8.666/93, os procedimentos que devem ser adotados para realização de licitações e descreve os processos licitatórios de contratação de serviços, obras e
fornecimento de bens da Companhia Brasileira de Trens Urbanos - CBTU, regidos pelas diretrizes da Lei 8.666/93. A partir de uma análise crítica desses processos e da Lei Nacional de Licitações, apresenta-se uma proposta para otimização desses processos. / [en] Based in some planning concepts which take advantage of human and material resources rationally and efficiently as much as on Bidding Brazilian Law, which regulates the public contracts, this work studies the procedures used in bidding processes and presents a proposition to optimize then and their contracts. This work also considers the adaptive planning methodology, the knowledge management process improvement, so that to compose a theorical base to support the performance progress and optimization of bidding processes. Finally, this work realizes a critical analysis of bidding national law and CBTU bidding processes presenting a optimization for such processes.
|
74 |
[en] COMBINING METAHEURISTICS WITH MP SOLVERS, WITH APPLICATIONS TO THE GENERALIZED ASSIGNMENT PROBLEM (GAP) / [pt] COMBINANDO METAURÍSTICAS COM RESOLVEDORES MIP, COM APLICAÇÕES AO GENERALIZED ASSIGNMENT PROBLEM (GAP)DANIEL AMARAL DE MEDEIROS ROCHA 08 March 2010 (has links)
[pt] Métodos que combinam estratégias normalmente encontradas em algoritmos metaeurísticos com técnicas para resolver problemas de programação inteira mista (MIP) têm apresentado ótimos resultados nos últimos anos. Este trabalho propõe dois novos algoritmos nessa linha: um algoritmo que faz pós-processamento nas soluções encontradas pelo resolvedor MIP. Os dois algoritmos utilizam um novo tipo de vizinhança, chamada de vizinhança elipsoidal, que possui fortes semelhanças com as técnicas de relinking de algoritmos PR e que neste trabalho é generalizada e extendida para múltiplas soluções. O problema generalizado de alocação (GAP) é usado para os experimentos. São testados também um resolvedor MIP puro (ILOG CPLEX versão 11) e um algoritmo branch and price que utiliza as heurísticas RINS e guided dives. Os algoritmos testados são comparados entre e com heurísticas específicas para o GAP. Os resultados são satisfatórios e indicam que as vizinhanças elipsoidais conseguem frequentemente melhorar as soluções encontradas pelo resolvedor MIP, encontrando a melhor solução para algumas instâncias. / [en] Methods that mix strategies usually found in metaheristic algorithms with techniques to solve mixed integer programming problems (MIPs) have had great results over the past few years. This wprk proposes two new algorithms in this philosophy: one is based on the Path Relink (PR) metaheuristc, while the other one is a simple algorithm that does post-processing in the solutions found by the MIP solver. Both algorithms use a new neighborhood structure, called ellipsoidal neighborhood, that has strong resemblances with the relinking step from PR algorithms and that, in this work, is generalized and extended for multiple solutions. The generalized assignment problem (GAP) is used for the computational experiments. Also tested are MIP solver (ILOG CPLEX version 11) and a branch and price algorithm that uses the RINS and guides dives heuristics. The tested algorithms are compared among themselves and with GAP-specific heuristics. The results are satisfactory and show that the ellipsoidal neighborhood can frequently improve the solutions found by the MIP solver, even finding the best result for some instances.
|
75 |
[en] ON THE SIMULTANEOUS MINIMIZATION OF WORST TESTING COST AND EXPECTED TESTING COST WITH DECISION TREES / [pt] MINIMIZAÇÃO SIMULTÂNEA DO PIOR CUSTO E DO CUSTO MÉDIO EM ÁRVORES DE DECISÃOALINE MEDEIROS SAETTLER 25 January 2017 (has links)
[pt] O problema de minimizar o custo de avaliar uma função discreta lendo sequencialmente as suas variáveis é um problema que surge em diversas aplicações, entre elas sistemas de diagnóstico automático e aprendizado ativo. Neste problema, cada variável da função está associada a um custo, que se deve pagar para checar o seu valor. Além disso, pode existir uma distribuição de probabilidades associadas aos pontos onde a função está definida. A maioria dos trabalhos nesta área se concentra ou na minimização do custo máximo ou na minimização do custo esperado gasto para avaliar a função. Nesta dissertação, mostramos como obter uma Ômicron logaritmo de N aproximação em relação à minimização do pior custo (a melhor aproximação possível assumindo que P é diferente de NP). Nós também mostramos um procedimento polinomial para avaliar uma função otimizando simultaneamente o pior custo e o custo esperado. / [en] The problem of minimizing the cost of evaluating a discrete function by sequentially reading its variables is a problem that arises in several applications, among them automatic diagnosis design and active learning. In this problem, each variable of the function is associated with a cost, that we have to pay in order to check its value. In addition, there may exist a probability distribution associated with the points where the function is defined. Most of the work in the area has focussed either on the minimization of the maximum cost or on the minimization of the expected cost spent to evaluate the function. In this dissertation, we show how to obtain an Ômicron logarithm of N approximation with respect to the worst case minimization (the best possible approximation under the assumption that P is different from NP). We also show a polynomial time procedure for evaluate a function that simultaneously optimizes both the worst and the expected costs.
|
76 |
[en] TOPOLOGY OPTIMIZATION CONSIDERING LIMIT ANALYSIS / [pt] OTIMIZAÇÃO TOPOLÓGICA CONSIDERANDO ANÁLISE LIMITEGUILHERME COELHO GOMES BARROS 10 May 2017 (has links)
[pt] Este trabalho apresenta uma formulação puramente baseada em plasticidade para ser aplicada à otimização topológica. A principal ideia da otimização topológica em mecânica dos sólidos é encontrar a distribuição
de material dentro do domínio de forma a otimizar uma medida de performance e satisfazer um conjunto de restrições. Uma possibilidade é minimizar a flexibilidade da estrutura satisfazendo que o volume seja menor do que um determinado valor. Essa é a formulação clássica da otimização topológica, que é vastamente utilizada na literatura. Não obstante fornecer resultados interessantes, condições adicionais devem ser levadas em consideração para viabilizar sua aplicação prática. O projeto estrutural aborda dois aspectos
principais: (i) a estrutura não deve colapsar, suportando os carregamentos aplicados (critério de segurança); e (ii) deverá se sujeitar a um valor máximo aceitável de deformação (critério de aceitabilidade). Consequentemente, a otimização topológica clássica deve ser modificada de forma a encontrar a
distribuição de material correspondente ao menor volume possível tal que o critério de segurança seja verificado. O referido critério de segurança pode ser definido como limitar as tensões elásticas ao critério de plastificação em todo o domínio. Esta definição resultou em um novo ramo de pesquisa: a
otimização topológica com restrições de tensões. Por outro lado, entende-se que o projeto estrutural plástico é preferível quando um projeto ótimo é almejado, uma vez que permite um maior aproveitamento da resistência do material. Dessa forma, este trabalho aborda a incorporação do projeto estrutural plástico à otimização topológica como método mais vantajoso do que a otimização topológica clássica e a com restrições de tensões. A formulação proposta é uma extensão da análise limite, que fornece uma estimativa da carga de colapso de uma estrutura diretamente por meio da programação matemática, assegurando a eficiência computacional da metodologia proposta. De forma a verificar a otimização topológica plástica e comparar a
topologia final com as obtidas através da otimização topológica clássica e da com restrição de tensões, são apresentados exemplos numéricos. / [en] This work presents a full plastic formulation to be applied within topology optimization. The main idea of topology optimization in solid mechanics is to find the material distribution within the domain so that it optimizes a performance measure and satisfies a set of constraints. One might seek to minimize the compliance satisfying that the volume is less than a given value. The aforementioned formulation is the standard topology optimization which has been used widely in literature. Although it provides interesting
results, additional requirements must be taken into account when practical application is concerned. Structures are designed considering two main aspects: (i) the structure must not collapse, supporting the applied loads (safety criterion); and (ii) its displacements must be lower than a prescribed bound (serviceability criterion). Consequently, the standard formulation shall be modified, finding the material distribution corresponding to the minimum volume such that the safety criterion is met. Said safety criterion
may be defined as restraining the elastic stresses to the yield criterion in the entire domain. This definition has resulted in a new branch in this research field: the stress constrained topology optimization. On the other
hand, it is understood that the plastic design criterion is preferable when optimization is intended, since it fully exploits the material strength. Therefore, this work addresses the incorporation of the plastic design criterion into topology optimization as a more advantageous method than standard and stress constrained topology optimization methods. The proposed formulation is an extension of limit analysis, which provides an estimative of the collapse load of a structure directly through mathematical programming, ensuring computational efficiency to the proposed methodology. Lastly, numerical examples are shown to verify plastic topology optimization and the final topology is compared with those provided by standard and stress constrained topology optimization methods.
|
77 |
[en] LINEAR FUNCTIONS OPTIMIZATION, A SIMPLE APPROACH TO BE USED IN THE CLASSROOM / [pt] OTIMIZAÇÃO DE FUNÇÕES LINEARES, UMA ABORDAGEM SIMPLES PARA APLICAÇÃO EM SALA DE AULASERGIO DE ALMEIDA FRIAS 22 February 2018 (has links)
[pt] Este trabalho tem por objetivo apresentar uma proposta de aplicação, para alunos do Ensino Médio, de otimização de funções lineares usando o modelo de resolução gráfica. Para melhor visualização do modelo é sugerido o uso de ferramentas tecnológicas como softwares gráficos – neste trabalho foi utilizado o software livre GeoGebra. A ideia principal do trabalho é mostrar a importância da Matemática como ferramenta para interpretar, compreender e tomar decisões nas mais diversas situações do cotidiano, em especial, neste trabalho situações de alocação de recursos para otimização do lucro de uma produção. / [en] This project aims to present an application proposal, for high school students, to optimize linear functions using the graphic resolution model. In order to achieve a better view of the model, the use of technological tools such as graphic softwares is suggested — in this project we used a free software named GeoGebra. The project main idea is to show the importance of Mathematics as a tool to interpret, understand and make decisions in relation to the most varied daylife situations, specifically here, in this project, in situations of resources allocation to optimize the profits of a production.
|
78 |
[pt] ANÁLISE DE CUMEEIRA DE SUPERFÍCIES DE RESPOSTA DE SEGUNDA ORDEM PARA A OTIMIZAÇÃO DE PROCESSOS E PRODUTOS USANDO PLANEJAMENTO DE EXPERIMENTOS / [en] RIDGE ANALYSIS OF THE SECOND-ORDER RESPONSE SURFACES FOR PROCESSES AND PRODUCTS OPTIMIZATION USING PLANNING OF EXPERIMENTS31 August 2016 (has links)
[pt] A metodologia da superfície de resposta desempenha um papel importante
no desenvolvimento, melhoria e otimização de processos e produtos mediante a
aplicação de um conjunto de técnicas estatísticas e matemáticas. O foco principal
desta pesquisa é a última etapa da metodologia que está relacionada ao estudo da
superfície de resposta na região de interesse. Assim, a presente dissertação tem
como objetivo apresentar de forma sintetizada a metodologia para realizar a
Análise de Cumeeira nos modelos ajustados de superfícies de resposta de segunda
ordem que têm como ponto estacionário um ponto de sela ou um ponto fora da
região experimental. Nesta análise procuram-se as condições ótimas de processos
e produtos através de experimentos planejados. A análise de cumeeira é
particularmente importante quando for difícil visualizar a superfície de resposta
devido à existência de quatro ou mais dimensões. Apresentam-se alguns exemplos
oriundos da literatura e também é realizada a análise de um caso prático real. / [en] The response surface methodology plays an important role in the
developing, improving and optimizing processes and products through the
application of a collection of statistical and mathematical techniques. The main
focus of this research is the last step of the methodology that is related to the study
of the response surface in the region of interest. Thus, this dissertation aims to
present a summarized methodology for ridge analysis in the fitted models of the
second-order response surfaces that have a saddle point or a point out of the
experimental region as a stationary point. This analysis looks for the optimum
process and product conditions through planned experiments. Ridge analysis is
particularly important when it is difficult to visualize the response surface due to
the existence of four or more dimensions. In this work there are some examples
that derive from literature, and an analysis of a real case study is also performed.
|
79 |
[es] OPTIMIZACIÓN DE FORMA DE MODELOS BIDIMENSIONALES DE ELEMENTOS FINITOS CON COMPORTAMIENTO ELÁSTICO-PLÁSTICO / [pt] OTIMIZAÇÃO DE FORMA DE MODELOS BIDIMENSIONAIS DE ELEMENTOS FINITOS COM COMPORTAMENTO ELASTO-PLÁSTICO / [en] SHAPE OPTIMIZATION OF 2D FINITE ELEMENT MODELS CONSIDERING ELASTO-PLASTIC BEHAVIOURCARLOS EDUARDO KUBRUSLY DA SILVA 04 October 2001 (has links)
[pt] Este trabalho tem por objetivo apresentar um sistema
integrado para otimização de forma de estruturas planas que
tenham comportamento elasto-plástico. A metodologia
implementada propõe uma alternativa à forma conservadora
com que tradicionalmente as estruturas têm sido otimizadas,
ou seja, admitindo-se que as mesmas possuam comportamento
linear elástico.
O sistema computacional é denominado integrado pois reúne
diversos módulos distintos para o tratamento do problema,
como modelagem geométrica, geração de malhas de elementos
finitos, análise não-linear da resposta da estrutura,
análise de sensibilidade,programação matemática e
otimização de estruturas.
A geometria do contorno da estrutura plana é definida por
meio de curvas (paramétricas)B-splines cúbicas. Estas, por
sua vez, são determinadas em função de um conjunto de
pontos de interpolação (pontos-chave) e condições de
contorno em seus vértices extremos.
A correta definição da geometria da estrutura é responsável
pelo sucesso do processo de otimização.
A resposta da estrutura às solicitações do carregamento
externo é avaliada pelo método dos elementos finitos. Para
isso, é necessário que o domínio da estrutura seja
discretizado. No presente trabalho foi empregado um gerador
automático de malhas não estruturadas de elementos finitos
isoparamétricos. A configuração de equilíbrio da estrutura
é obtida através de um procedimento iterativo/incremental
envolvendo o método de Newton-Raphson. Localmente, o
equilíbrio é satisfeito pela aplicação de um algoritmo
implícito de integração de tensões nos pontos que violarem
o critério de plastificação do material. A matriz tangente
de rigidez é atualizada a cada iteração da análise e é
obtida de forma consistente com o algoritmo de integração
das tensões, preservando as características de convergência
quadrática assintótica inerentes ao método de Newton-
Raphson.
No procedimento iterativo de otimização é empregado um
algoritmo de programac¸ ão quadrática recursiva que requer
a avaliação dos gradientes da função-objetivo e restrições.
Para tal, foi implementado um método semi-analítico para a
determinação das sensibilidades da resposta estrutural
envolvidas nas expressôes dos gradientes citados. O método
leva em consideração os efeitos da plastificação ocorrida
durante o carregamento da estrutura e é dito -exato- por
apresentar imprecisões apenas nos casos em que a magnitude
da perturbação da variável é muito pequena, não podendo ser
representada corretamente pelo hardware.
Os exemplos analisados mostram que a consideração do
comportamento elastoplástico da estrutura na otimização de
sua forma leva a configurações mais eficientes do que
aquelas obtidas admitindo-se a relação linear elástica
entre deformações e tensões. / [en] The main goal of this work is to present an integrated
system for the optimization of plane structures with
elastoplastic behavior. The methodology proposes an
alternative for the conservative way in which structures
traditionally have been optimized, i.e., that they
present linear elastic behavior. The computational system
is said to be integrated because it congregates distinct
modules for the solution of the problem, such as geometric
modelling, finite element mesh generation, non-linear
structural response analysis, sensitivity analysis,
mathematical programming and optimization of structures.
The geometry of the plane structure`s boundary is defined
by cubic (parametric) B-splines curves. Those, in turn, are
determined by a set of interpolation points (key points)
and boundary constraints at their ends. The correct
definition of the structure`s geometry is responsible for
the success of the optimization process.The structural
response to the applied loading is evaluated by the finite
element method. For that, the domain of the structure must
be discretized. In the present work, an automatic
unstructured mesh generator of isoparametric finite
elements has been used. The equilibrium layout of the
structure is obtained by an iterative/incremental procedure
using the standard Newton-Raphson method. Locally, the
equilibrium is satisfied by applying an implicit stress
return mapping algorithm at points which violate the yield
criterion of the material. The tangent stiffness matrix is
updated at each analysis iteration and it is obtained in
a way which is consistent with the return mapping
algorithm, so that the asymptotic quadratic rate of
convergence of the Newton-Raphson method is preserved.
The use of a quadratic recursive programming algorithm in
the optimization procedure involves the gradient evaluation
of the objective function and constraints. For that, a
semi-analytical method for the calculation of the response
sensitivities, which appear in the gradient expressions,
has been implemented. The technique takes into account the
plastic effects which take place during the loading of the
structure and is considered - exact- up to round-off
errors, which occurs when the magnitude of the perturbation
is so small that the hardware cannot accurately represent
it.The examples presented demonstrate that the
consideration of the elastoplastic behavior of the material
during the optimization process leads to structural layouts
which are more efficient than of those obtained under the
assumption of linear elastic relationship between
strains and stresses. / [es] Este trabajo tiene por objetivo presentar un sistema
integrado para otimización de forma de extructuras planas
que tengan comportamiento elástico-plástico. LA metodología
implementada propone una alternativa a la forma
conservadora con que tradicionalmente las extructuras han
sido optimizadas, o sea, admitiendo que las poseen um
comportamiento lineal-elástico. EL sistema computacional se
denomina integrado pues reúne diversos módulos para el
tratamiento del problema, como modelage geométrica,
generación de mallas de elementos finitos, análisis no
lineal de la respuesta de la extructura, análisis de
sensibilidad,programación matemática y otimización de
extructuras. LA geometría del contorno de la extructura
plana es definida por medio de curvas (paramétricas)B
splines cúbicas. Estas, por su vez, son determinadas en
función de un conjunto de puntos de interpolación (puntos
claves) y condiciones de contorno en sus vértices extremos.
La definición correta de la geometría de la extructura es
responsable por el éxito del proceso de otimización. La
respuesta de la extructura a las solicitudes de carga
externa se evalúa por el método de los elementos finitos.
Para esto, es necesario que el dominio de la extructura sea
discretizado. En este trabajo se utiliza un generador
automático de mallas no extructuradas de elementos finitos
isoparamétricos. La configuración de equilíbrio de la
extructura se obtiene a través de un procedimiento
iterativo/incremental que envuelve el método de Newton
Raphson. Localmente, el equilíbrio es satisfecho por la
aplicación de un algoritmo implícito de integración de
tensiones en los puntos que violen el critério de
plastificación del material. La matriz tangente de rigidez
se actualiza a cada iteración del análisis y se obtiene de
forma consistente con el algoritmo de integración de las
tensiones, preservando las características de convergencia
cuadrática asintótica inherentes al método de Newton
Raphson. En el procedimiento iterativo de otimización se
utiliza un algoritmo de programación cuadrática recursiva
que requiere la evaluación de los gradientes de la función
objetivo y restricciones. Para tal, se implementó un método
semi analítico para la determinación de las sensibilidades
de la respuesta extructural envolvidas en las expresóes de
los gradientes citados. EL método lleva en consideración el
hecho de que la plastificación que ocurre durante la carga
de la extructura y se dice exacta por presentar
imprecisiones apenas en los casos en que la magnitud de la
perturbación de la variable es muy pequeña, no puede ser
representada correctamente por el hardware. Los ejemplos
analizados muestran que la consideración del comportamiento
elástico-plástico de la extructura en la otimización de su
forma lleva la configuraciones más eficientes de que
aquellas obtenidas admitiendo la relación lineal elástica
entre deformaciones y tensiones.
|
80 |
[pt] AUTO-ADAPTAÇÃO E OTIMIZAÇÃO DE FORMA EM CASCAS / [en] SELF-ADAPTIVITY AND SHAPE OPTIMIZATION OF SHELLSJOAO BATISTA MARQUES DE SOUSA JUNIOR 26 October 2001 (has links)
[pt] Este trabalho consiste no desenvolvimento e implementação
de um sistema computacional integrado para Modelagem Geo-
étrica, Geração de Malhas, Análise Numérica, Auto-
Adaptação
do tipo h e Otimização de Forma e Espessura em Cascas.
O Modelo Geométrico adotado consiste em representar a
superfície por meio de B-Splines Racionais Recortadas,
admitindo variação de espessura segundo as mesmas funções
que descrevem a superfície.
Para a utilização nos módulos de Auto-Adaptação e
Otimização, Geradores de Malhas Não-Estruturadas
sobre superfícies paramétricas foram empregados. Com base
em um gerador de malhas triangulares que utiliza a
técnica
de avanço de Fronteira, dois geradores de malhas
quadrilaterais foram desenvolvidos.
Os elementos finitos empregados são baseados nas
hipóteses
de Reissner-Mindlin e no conceito de degeneração de
sólidos. São considerados os elementos tradicionais,
baseados puramente em deslocamentos, bem como elementos
de
formulação mais robusta, com base em campos assumidos
de deformação.
Um procedimento para Auto-Adaptação de Malhas do tipo
foi desenvolvido para o Modelo Geométrico e para os
elementos considerados. As malhas obtidas a partir de
níveis de erro prescritos permitem aos modelos a
obtenção
de suas taxas de convergência mesmo em problemas
com singularidades e efeitos de fronteira.
A Análise de Sensibilidade, ferramenta essencial nos
procedimentos de Otimização, é feita com a utilização do
Método Semi-Analítico, considerando as características
especiais dos elementos de casca. Foi desenvolvida para
elementos degenerados de casca uma versão do Método Semi-
Analítico que elimina sua imprecisão eventual, através da
diferenciação exata das componentes de deslocamento de
corpo rígido. Para os elementos baseados puramente em
deslocamentos, o Método Analítico também foi desenvolvido.
Os módulos de Otimização de Forma e Espessura trabalham
sobre diversas possibilidades de definição das variáveis
de
projeto e com diferentes algoritmos de Programação Matemá
tica. Permitem também a Otimização de Forma com
consideração de Auto-Adaptatividade para obter as malhas
durante o processo de mudança de forma.
Devido à interconexão entre os diversos módulos e com o
objetivo de facilitar a comunicação e a implementação dos
mesmos, o sistema computacional foi completamente
desenvolvido utilizando técnicas de Programação Orientada
para Objetos. / [en] The purpose of this thesis is the development of an
integrated computational system for Geometric Modelling,
Unstructured Mesh Generation, Numerical Analysis,
Adaptivity and Shape Optimization of Shells.The Geometric
Model is composed of Non-Uniform Rational B-Spline Surfaces
(NURBS), further modified by trimming loops described in
the parametric plane. Smooth thickness variations
may be modelled by means of the same functions that
describe the surface geometry.For Unstructured Mesh
Generation, two algorithms were implemented for
quadrilateral elements and one for triangles. The
triangular Mesh Generator is based on the Advancing Front
Technique applied to parametric surfaces. The quadrilateral
Mesh Generators employ the indirect approach for converting
the triangular meshes to pure quadrilateral ones.
The Finite Element formulation is based on the degenerated
isoparametric approach. Pure displacement based elements,
as well as assumed strain robust shell elements, are
employed in the Analysis, Adaptivity and Optimization
modules. A procedure for h-Adaptive Mesh Refinement was
developed for the shell models. For this purpose an Error
Estimator scheme, based upon a Zienkiewicz-Zhu Patch
Recovery Technique, adapted to handle curved shell
surfaces, was employed. The adaptive procedure allows the
convergence rates of the Finite Element Model to be
maintained even in the presence of singularities and
boundary layers.For the Sensitivity Evaluation, the well-
known Semi-Analytical Method is employed and adapted for
the degenerated solid shell element approach. In order to
solve the inaccuracy problems inherent to the application
of the method for certain types of structures, the recent
Refined Semi- Analytical Method, is extended for
degenerated shell elements. For the pure displacement-based
elements, the Analytical Method is also developed.
The Shape and Thickness Optimization modules work with a
wide variety of design variable descriptions, different
mathematical Programming algorithms, Sensitivity schemes
and Finite Element Models. The possibility of h-Adaptive
Mesh refinement in conjunction with Shape Optimization
is also considered in this stage. In order to ease up code
expansion, communication and data exchange between the
modules,the computational system was fully developed
employing Object-Oriented Programming techniques.
|
Page generated in 0.3619 seconds