A major objective in the design stage of an underground mine is the reliable prediction of roof falls' size, frequency and location. Probabilistic simulation of potential roof control problems allows a designer to test the performance of competing mine layouts against assumed roof conditions. By comparing different roof control plans using the simulation, the option that provides the lowest overall cost can be selected. The program ROCSIM (Roof control Optimization Cost Simulation) was developed to provide a theoretical solution to this problem. The occurrence and frequency of roof falls are related to the type of roof support, support density, geology, structural discontinuities, location in the mine, and elapsed time between mining and the roof fall. Using a Roof Rating System (RRS) developed for this research, a numerical rating can be given to each area of roof. Using this rating, specific parameters can be assigned to these probability distributions to simulate the occurrence of roof falls within a given geologic setting. Once the location of a roof fall is determined, a cost is calculated taking into account the production delay that would result and the direct cost of cleaning up the fall and resupporting the roof. Assigning a cost to a roof fall allows the comparison of competing roof support designs relative to their overall cost. The final decision on the amount of support and room width must be determined based on legal restraints and minimization of mining costs. / Master of Science

Indiana University-Purdue University Indianapolis (IUPUI) / Crashworthiness design is gaining more importance in the automotive industry due to high competition and tight safety norms. Further there is a need for light weight structures in the automotive design. Structural optimization in last two decades have been widely explored to improve existing designs or conceive new designs with better crashworthiness and reduced mass. Although many gradient based and heuristic methods for topology and topometry based crashworthiness design are available these days, most of them result in stiff structures that are suitable only for a set of vehicle components in which maximizing the energy absorption or minimizing the intrusion is the main concern. However, there are some other components in a vehicle structure that should have characteristics of both stiffness and flexibility. Moreover, the load paths within the structure and potential buckle modes also play an important role in efficient functioning of such components. For example, the front bumper, side frame rails, steering column, and occupant protection devices like the knee bolster should all exhibit controlled deformation and collapse behavior. This investigation introduces a methodology to design dynamically crushed thin-walled tubular structures for crashworthiness applications. Due to their low cost, high energy absorption efficiency, and capacity to withstand long strokes, thin-walled tubular structures are extensively used in the automotive industry. Tubular structures subjected to impact loading may undergo three modes of deformation: progressive crushing/buckling, dynamic plastic buckling, and global bending or Euler-type buckling. Of these, progressive buckling is the most desirable mode of collapse because it leads to a desirable deformation characteristic, low peak reaction force, and higher energy absorption efficiency. Progressive buckling is generally observed under pure axial loading; however, during an actual crash event, tubular structures are often subjected to oblique impact loads in which Euler-type buckling is the dominating mode of deformation. This undesired behavior severely reduces the energy absorption capability of the tubular structure. The design methodology presented in this paper relies on the ability of a compliant mechanism to transfer displacement and/or force from an input to desired output port locations. The suitable output port locations are utilized to enforce desired buckle zones, mitigating the natural Euler-type buckling effect. The problem addressed in this investigation is to find the thickness distribution of a thin-walled structure and the output port locations that maximizes the energy absorption while maintaining the peak reaction force at a prescribed limit. The underlying design for thickness distribution follows a uniform mutual potential energy density under a dynamic impact event. Nonlinear explicit finite element code LS-DYNA is used to simulate tubular structures under crash loading. Biologically inspired hybrid cellular automaton (HCA) method is used to drive the design process. Results are demonstrated on long straight and S-rail tubes subject to oblique loading, achieving progressive crushing in most cases.

Thesis (MEng)--Stellenbosch University, 2014. / ENGLISH ABSTRACT: Standards define target reliability levels that govern the safety of designed structures. These target levels should be around an economic optimum for the class of structure under consideration. However, society may have safety requirements in excess of that required to achieve an economic optimum. The LQI criterion can be used to determine society’s willingness to invest in safety, thereby defining a minimum acceptable safety- or reliability level. This thesis determines economically optimised reliability levels for reliability class two concrete structures in South Africa, over a range of typical input parameters. Rackwitz’s (2000) approach is used here, adjusted for the South African context. The structure is described using a simple limit state function, defined as the difference between load and resistance, with resistance a function of a global safety parameter. South African construction costs, costs of increasing safety, failure costs and discount rates are used in the objective function for economic optimisation. Life Quality Index (LQI) theory is used as a basis to derive society’s willingness to pay (SWTP) for safety and the corresponding reliability level is found by applying the LQI criterion. In the South African context the derivation of SWTP presents some challenges, which is discussed. Situations where the minimum required reliability would exceed the economically optimum reliability level are discussed. Various reliability based cost optimization case studies are conducted covering a broad range of typical concrete design situations. From these case studies a range of target reliability indices are derived for typical concrete structural components and failure modes. Obtained values are compared to current South African target levels of reliability provided by the South African loading code and recommendations are made. The approach used by Rackwitz (2000) is compared with results obtained from case studies and used as basis to estimate optimum reliability levels for other types of buildings. Functions are written in MATLAB to allow replication of the study for others seeking to derive optimum reliability indices. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Standaarde spesifiseer teiken betroubaarheidsvlakke wat die veiligheidsvlak van ontwerpte strukture bepaal. Hierdie teikenvlak moet rondom die ekonomiese optimum wees vir die klas van struktuur onder oorweging. Die samelewing verkies moontlik ‘n hoër veiligheidsvlak as wat deur die ekonomiese optimum dikteer word. Die LKI (Lewens Kwaliteit Indeks) maatstaf kan gebuik word om die samelewing se bereidwilligheid om in veiligheid te belê te bepaal en sodoende ‘n minimum veiligheidsvlak bepaal. Hierdie tesis bepaal die ekonomiese optimum betroubaarheidsvlak vir klas twee beton strukture in Suid-Afrika vir wisselende parameters. Rackwitz (2000) se benadering word in hierdie studie gebruik en is aangepas vir Suid-Afrikaanse omstandighede. Die struktuur word beskryf deur ‘n eenvoudige limiet staat funksie, gedefinieer as die verskil tussen die las en weerstand, met die weerstand as die funksie van ‘n globale veiligheidsparameter. Suid-Afrikaanse konstruksie koste, veiligheidsvermedering koste, falingskoste en diskonteer koerse word gebruik vir optimering. Die LKI teorie word gebruik om SBB (Samelewing Bereidheid om te Belê) vir veiligheid af te lei en die ooreenkomstige betroubaarheidsvlak word bepaal deur die LKI maatstaf toe te pas. In die afleiding hiervan vir Suid-Afrikaanse omstandighede is sekere uitdagings teegekom wat bespreek word. Situasies waar die minimum betroubaarheidsvlak hoer is as die ekonomiese optimum word bespreek. Verskillende betroubaarheids gebaseerde optimering gevalstudies word gedoen op tipiese beton struktuur elemente. Van hierdie gevalstudies is optimum betroubaarheidsindekse vir die tipiese beton elemente en galingsmodusie afgelei. Die betroubaarheidsindekse word vergelyk met huidige betroubaarheidsindekse soos wat voorgeskryf is in die Suid-Afrikaanse laskode (SANS10160-1(2011)). Rackwitz (2000) se benadering word vergelyk met die resultate van die gevallestudies en word gebruik as basis om optimum betroubaarheidsvlakke vir ander tipes geboue te voorspel. MATLAB funksies is geprogrameer om minimum en optimum betroubaarheidsindekse af te lei.

A classificação é uma tarefa do aprendizado de máquina e mineração de dados, na qual um classificador é treinado sobre um conjunto de dados rotulados de forma que as classes de novos itens de dados possam ser preditas. Tradicionalmente, técnicas de classificação trabalham por definir fronteiras de decisão no espaço de dados considerando os atributos físicos do conjunto de treinamento e uma nova instância é classificada verificando sua posição relativa a tais fronteiras. Essa maneira de realizar a classificação, essencialmente baseada nos atributos físicos dos dados, impossibilita que as técnicas tradicionais sejam capazes de capturar relações semânticas existentes entre os dados, como, por exemplo, a formação de padrão. Por outro lado, o uso de redes complexas tem se apresentado como um caminho promissor para capturar relações espaciais, topológicas e funcionais dos dados, uma vez que a abstração da rede unifica a estrutura, a dinâmica e as funções do sistema representado. Dessa forma, o principal objetivo desta tese é o desenvolvimento de métodos e heurísticas baseadas em teorias de redes complexas para a classificação de dados. As principais contribuições envolvem os conceitos de conformidade de padrão, caracterização de importância e otimização estrutural de redes. Para a conformidade de padrão, onde medidas de redes complexas são usadas para estimar a concordância de um item de teste com a formação de padrão dos dados, é apresentada uma técnica híbrida simples pela qual associações físicas e topológicas são produzidas a partir da mesma rede. Para a caracterização de importância, é apresentada uma técnica que considera a importância individual dos itens de dado para determinar o rótulo de um item de teste. O conceito de importância aqui é definido em termos do PageRank, algoritmo usado na engine de busca do Google para definir a importância de páginas da web. Para a otimização estrutural de redes, é apresentado um framework bioinspirado capaz de construir a rede enquanto otimiza uma função de qualidade orientada à tarefa, como, por exemplo, classificação, redução de dimensionalidade, etc. A última investigação apresentada no documento explora a representação baseada em grafo e sua habilidade para detectar classes de distribuições arbitrárias na tarefa de difusão de papéis semânticos. Vários experimentos em bases de dados artificiais e reais, além de comparações com técnicas bastante usadas na literatura, são fornecidos em todas as investigações. Em suma, os resultados obtidos demonstram que as vantagens e novos conceitos propiciados pelo uso de redes se configuram em contribuições relevantes para as áreas de classificação, sistemas de aprendizado e redes complexas. / Data classification is a machine learning and data mining task in which a classifier is trained over a set of labeled data instances in such a way that the labels of new instances can be predicted. Traditionally, classification techniques define decision boundaries in the data space according to the physical features of a training set and a new data item is classified by verifying its relative position to the boundaries. Such kind of classification, which is only based on the physical attributes of the data, makes traditional techniques unable to detect semantic relationship existing among the data such as the pattern formation, for instance. On the other hand, recent works have shown the use of complex networks is a promissing way to capture spatial, topological and functional relationships of the data, as the network representation unifies structure, dynamic and functions of the networked system. In this thesis, the main objective is the development of methods and heuristics based on complex networks for data classification. The main contributions comprise the concepts of pattern conformation, data importance and network structural optimization. For pattern conformation, in which complex networks are employed to estimate the membership of a test item according to the data formation pattern, we present, in this thesis, a simple hybrid technique where physical and topological associations are produced from the same network. For data importance, we present a technique which considers the individual importance of the data items in order to determine the label of a given test item. The concept of importance here is derived from PageRank formulation, the ranking measure behind the Googles search engine used to calculate the importance of webpages. For network structural optimization, we present a bioinspired framework, which is able to build up the network while optimizing a task-oriented quality function such as classification, dimension reduction, etc. The last investigation presented in this thesis exploits the graph representation and its hability to detect classes of arbitrary distributions for the task of semantic role diffusion. In all investigations, a wide range of experiments in artificial and real-world data sets, and many comparisons with well-known and widely used techniques are also presented. In summary, the experimental results reveal that the advantages and new concepts provided by the use of networks represent relevant contributions to the areas of classification, learning systems and complex networks.

Neste trabalho, é apresentado um modelo de otimização acoplado à confiabilidade para a análise de estruturas de barras de concreto armado, de modo que a confiabilidade é adicionada ao processo de otimização como uma restrição. O modelo mecânico permite a consideração da não-linearidade física para o concreto e para o aço, além de levar em conta os efeitos não-lineares geométricos. Esse modelo é utilizado para gerar as respostas mecânicas da estrutura, traduzidas em forma de cargas últimas para os estados limites. Os cenários de falha, na análise probabilística, são descritos pelo esmagamento do concreto e deformação excessiva da armadura para o estado limite último. O estado limite de utilização é verificado para o caso de deslocamentos excessivos dos pontos da estrutura. A função de estado limite é construída com o emprego do método das superfícies de respostas para a determinação do índice de confiabilidade e probabilidade de falha considerando somente o modo mais provável ou primeiro modo de falha. Os processos de otimização e confiabilidade são acoplados de maneira independente gerando um sistema de equações aproximadas resolvido analiticamente. A metodologia de otimização empregada é a minimização da função de custo da estrutura. O modelo acoplado de otimização e confiabilidade é empregado para análise de vigas de concreto armado. As técnicas desenvolvidas, no âmbito da modelagem de estruturas e confiabilidade, também permitem a análise mecânico-probabilística de pórticos planos de concreto armado / In this work, a reliability based optimization model is proposed for the analysis of reinforced concrete structures, in which the reliability index is introduced as a constraint. The mechanical model allows to consider the physical non-linearity of the concrete and steel materials, as well as the geometrical non-linear effects. The mechanical model is used to find the structure limit loads. The failure scenarios for the probabilistic analysis are characterized by the concrete ultimate strains in the compressed region of the section and the steel ultimate tensile strains in the reinforcement position. The serviceability limit state is verified for the excessive displacements for the structure bars. The limit state function is build by using the response surface method, computing the reliability index and the failure probability only considering the first failure mode. The optimization and reliability processes are independents built leading two different system of equations that are coupled together to find the final solution. The material cost of the structure was adopted as the objective function to be minimized for the optimization process. The proposed coupled optimization-reliability process is employed to analyse reinforced concrete beams. The developed procedure in the context of reliabilty methods and reinforced concrete structures analysis can also be applied for reliability analysis of reinforced concrete frames

A tarefa mais importante do projetista de estruturas é garantir a segurança em seus projetos. Obras cujas vidas úteis são medidas em décadas devem ser mantidas funcionais, garantindo níveis aceitáveis de segurança e conforto a seus usuários. Deve-se ainda levar em conta os impactos da estrutura, de maneira que o consumo de materiais, o preço, e mesmo os danos ambientais relacionados a ela não inviabilizem sua execução. A otimização estrutural permite a concepção de estruturas que atendem a requisitos desejáveis, e aliada à confiabilidade estrutural, fornece o corpo de conhecimentos necessário para a obtenção de estruturas seguras e viáveis. Apesar disso, a formulação de problemas de otimização estrutural envolvendo quantificação de incertezas envolve grande complexidade, e não foi ainda plenamente absorvida pela prática da engenharia. Nesta tese, diferentes abordagens de otimização considerando incertezas são exploradas e três métodos para a solução de problemas deste tipo são propostos. É apresentada também uma aplicação de otimização baseada em confiabilidade na calibração de coeficientes parciais de segurança. Além disso, aplicações de otimização de risco são estudadas, incluindo problemas que envolvem estruturas que sofrem degradação, e um problema envolvendo confiabilidade de sistema, cuja falha depende da trajetória dos carregamentos no tempo. A tese inclui ainda uma breve revisão e um estudo sobre técnicas de metamodelagem, que são aplicadas nos métodos propostos para a redução dos custos computacionais envolvidos na solução dos problemas de otimização. Os métodos propostos, bem como as aplicações exploradas, são estudados em vários exemplos, demonstrando-se assim a eficiência de cada um deles. / The structural designer\'s utmost important task is to guarantee the safety of the structures designed. Buildings whose lifespan is referred to in decades must be kept functional, with acceptable levels of safety and comfort to its users. The impact caused by the structure must be taken into account as well, so that material consumption, costs and environmental damage do not make its execution unfeasible. Structural optimization allows the design of structures that attend to specific requirements, and together with structural reliability, provides the knowledge required to the achievement of safe and viable structural design. However, the formulation of structural optimization problems including uncertainty quantification involves great complexity, and has not yet been fully absorbed by engineering practice. In this thesis, different approaches to optimization under uncertainties are explored, and three methods are proposed to the solution of this kind of problem. A reliability-based design optimization application to the calibration of partial safety factors is also presented. Moreover risk optimization applications to degrading structures and a system reliability problem, whose failure depends on the trajectory followed by the loads in time are studied. This thesis also includes a study about surrogate modelling techniques, which are applied to reduce the computational burden of the methods proposed herein. The methods and applications studied in this thesis are explored in several examples, thus demonstrating their efficiency.

Neste trabalho, é apresentado um modelo de otimização acoplado à confiabilidade para a análise de estruturas de barras de concreto armado, de modo que a confiabilidade é adicionada ao processo de otimização como uma restrição. O modelo mecânico permite a consideração da não-linearidade física para o concreto e para o aço, além de levar em conta os efeitos não-lineares geométricos. Esse modelo é utilizado para gerar as respostas mecânicas da estrutura, traduzidas em forma de cargas últimas para os estados limites. Os cenários de falha, na análise probabilística, são descritos pelo esmagamento do concreto e deformação excessiva da armadura para o estado limite último. O estado limite de utilização é verificado para o caso de deslocamentos excessivos dos pontos da estrutura. A função de estado limite é construída com o emprego do método das superfícies de respostas para a determinação do índice de confiabilidade e probabilidade de falha considerando somente o modo mais provável ou primeiro modo de falha. Os processos de otimização e confiabilidade são acoplados de maneira independente gerando um sistema de equações aproximadas resolvido analiticamente. A metodologia de otimização empregada é a minimização da função de custo da estrutura. O modelo acoplado de otimização e confiabilidade é empregado para análise de vigas de concreto armado. As técnicas desenvolvidas, no âmbito da modelagem de estruturas e confiabilidade, também permitem a análise mecânico-probabilística de pórticos planos de concreto armado / In this work, a reliability based optimization model is proposed for the analysis of reinforced concrete structures, in which the reliability index is introduced as a constraint. The mechanical model allows to consider the physical non-linearity of the concrete and steel materials, as well as the geometrical non-linear effects. The mechanical model is used to find the structure limit loads. The failure scenarios for the probabilistic analysis are characterized by the concrete ultimate strains in the compressed region of the section and the steel ultimate tensile strains in the reinforcement position. The serviceability limit state is verified for the excessive displacements for the structure bars. The limit state function is build by using the response surface method, computing the reliability index and the failure probability only considering the first failure mode. The optimization and reliability processes are independents built leading two different system of equations that are coupled together to find the final solution. The material cost of the structure was adopted as the objective function to be minimized for the optimization process. The proposed coupled optimization-reliability process is employed to analyse reinforced concrete beams. The developed procedure in the context of reliabilty methods and reinforced concrete structures analysis can also be applied for reliability analysis of reinforced concrete frames

CAPES / A otimização global eficiente (ego, do inglês efficient global optimization), apresentada por Donald R. Jones no final da década de 90, tem como proposta solucionar problemas de otimização nos quais, devido a um elevado custo computacional da função objetivo, o número de avaliações desta é severamente limitado. ego baseia-se na otimização pelo uso de superfícies de resposta ou metamodelos, que são funções de baixo custo computacional que se ajustam aos dados “experimentais” (de experimentos físicos, cálculos analíticos ou simulações numéricas) obtidos em pontos escolhidos no domínio de projeto. Como no trabalho original de Jones, o metamodelo de Kriging é aqui utilizado. A eficiência e robustez do método reside no balanceamento entre a necessidade de minimização (ou maximização) da superfície de resposta média com a necessidade de melhoria da aproximação que esta fornece. Nesta dissertação, usa-se o ego para encontrar as orientações curvas de laminados de rigidez variável com geometrias relativamente complexas. Os problemas mostrados possuem número moderado de variáveis (em geral 12) e geometrias que variam de uma simples placa quadrada com furo central a painéis reforçados semelhantes a seções de fuselagem de uma aeronave comercial. Através desses problemas, são abordadas a otimização global com e sem restrições e a otimização multiobjetivo sem restrições. Para contemplar restrições e multiobjetivos, foi necessária a implementação de modificações no algoritmo original de Jones. Para a maior parte dos problemas, o orçamento computacional é restringido em apenas 60 avaliações dos modelos de alta fidelidade (modelos de elementos finitos desenvolvidos no software ansys). Os resultados obtidos mostram que o framework proposto é capaz de encontrar bons projetos para um orçamento computacional limitado. Em relação aos compósitos de rigidez variável, o uso de fibras curvas mostrou ganhos estruturais substanciais. Por exemplo, para a estrutura semelhante à de uma fuselagem de aeronave, chegou-se a observar um aumento de até 47% na carga de flambagem sob carregamento de compressão uniaxial, quando comparada à mesma estrutura com apenas fibras retas comerciais. / The efficient global optimization (ego), presented by Donald R. Jones at the end of the 90s, propose to solve optimization problems where, due to the high computational burden of the cost function, the number of evaluations is severely limited. ego is based on the concept of surrogate models, that are fast-to-compute functions that adjust the “experimental” data (physical, analytic or simulations). In the current work, as well as in the Jones’s one, the Kriging metamodel is used. The efficiency and robustness of the method lays at the balance between exploration and exploitation of the surrogate response. Here, ego is used to find the optimized parameters for curved fiber structures with relatively complex geometry. The number of variables are moderately (in general 12) for the various problems presented and the geometries vary from simple square plates with a central hole to an airplane fuselage-like section. Trough these problems, single objective optimizations with and without constraints and an unconstrained multiobjective optimization are performed. For the constraints and multiobjectives, adaptations to the original framework were made. For most of the problems, the computational budget is set to just 60 evaluations of the high fidelity model (finite element model built using ANSYS software). The results showed that the framework is capable of finding good designs with a limited computational budget. Considering the variable stiffness composites, the use of curved fibers presented substantial structural improvements. For example, for the fuselage-like structure, it was observed an improvement of 47% in the buckling load when compared to straight fibers optimal solution.

CAPES / A otimização global eficiente (ego, do inglês efficient global optimization), apresentada por Donald R. Jones no final da década de 90, tem como proposta solucionar problemas de otimização nos quais, devido a um elevado custo computacional da função objetivo, o número de avaliações desta é severamente limitado. ego baseia-se na otimização pelo uso de superfícies de resposta ou metamodelos, que são funções de baixo custo computacional que se ajustam aos dados “experimentais” (de experimentos físicos, cálculos analíticos ou simulações numéricas) obtidos em pontos escolhidos no domínio de projeto. Como no trabalho original de Jones, o metamodelo de Kriging é aqui utilizado. A eficiência e robustez do método reside no balanceamento entre a necessidade de minimização (ou maximização) da superfície de resposta média com a necessidade de melhoria da aproximação que esta fornece. Nesta dissertação, usa-se o ego para encontrar as orientações curvas de laminados de rigidez variável com geometrias relativamente complexas. Os problemas mostrados possuem número moderado de variáveis (em geral 12) e geometrias que variam de uma simples placa quadrada com furo central a painéis reforçados semelhantes a seções de fuselagem de uma aeronave comercial. Através desses problemas, são abordadas a otimização global com e sem restrições e a otimização multiobjetivo sem restrições. Para contemplar restrições e multiobjetivos, foi necessária a implementação de modificações no algoritmo original de Jones. Para a maior parte dos problemas, o orçamento computacional é restringido em apenas 60 avaliações dos modelos de alta fidelidade (modelos de elementos finitos desenvolvidos no software ansys). Os resultados obtidos mostram que o framework proposto é capaz de encontrar bons projetos para um orçamento computacional limitado. Em relação aos compósitos de rigidez variável, o uso de fibras curvas mostrou ganhos estruturais substanciais. Por exemplo, para a estrutura semelhante à de uma fuselagem de aeronave, chegou-se a observar um aumento de até 47% na carga de flambagem sob carregamento de compressão uniaxial, quando comparada à mesma estrutura com apenas fibras retas comerciais. / The efficient global optimization (ego), presented by Donald R. Jones at the end of the 90s, propose to solve optimization problems where, due to the high computational burden of the cost function, the number of evaluations is severely limited. ego is based on the concept of surrogate models, that are fast-to-compute functions that adjust the “experimental” data (physical, analytic or simulations). In the current work, as well as in the Jones’s one, the Kriging metamodel is used. The efficiency and robustness of the method lays at the balance between exploration and exploitation of the surrogate response. Here, ego is used to find the optimized parameters for curved fiber structures with relatively complex geometry. The number of variables are moderately (in general 12) for the various problems presented and the geometries vary from simple square plates with a central hole to an airplane fuselage-like section. Trough these problems, single objective optimizations with and without constraints and an unconstrained multiobjective optimization are performed. For the constraints and multiobjectives, adaptations to the original framework were made. For most of the problems, the computational budget is set to just 60 evaluations of the high fidelity model (finite element model built using ANSYS software). The results showed that the framework is capable of finding good designs with a limited computational budget. Considering the variable stiffness composites, the use of curved fibers presented substantial structural improvements. For example, for the fuselage-like structure, it was observed an improvement of 47% in the buckling load when compared to straight fibers optimal solution.

L’objectif de ce travail de thèse est de pouvoir intégrer totalement l’optimisation de forme des raidisseurs de capot dans un processus de conception industrielle et cela afin d’optimiser la forme et la distribution des raidisseurs dans un contexte multi-objectif (voire multi-disciplinaire) d’une structure 3D surfacique. Pour ce faire, nous avons tout d’abord établi un aperçu de l’état de l’art dans l’optimisation de forme des structures en classifiant les différentes méthodes de paramétrage de forme, en trois catégories ; les méthodes basées sur la géométrie (telle la paramétrisation d’un modèle de type CAO), les méthodes basées sur une grille fixe (telles que les méthodes d’optimisation topologique) et les méthodes basées sur le maillage (telles que les méthodes de régularisation du maillage). Toutefois, aucune de ces méthodes ne satisfait pleinement aux objectifs posés. Nous introduisons ainsi dans cette thèse la méthode FEM-CsG : Finite Element Mesh - Constructive surface Geometry. Imprégnée d’un fort contexte industriel, cette méthode propose une réponse à des contraintes telles que la possibilité de représenter la solution optimale par un ensemble de paramètres CAO, la possibilité d’adapter le modèle EF à l’analyse souhaitée et la garantie d’une représentation géométrique et d’un maillage robuste. En proposant d’intégrer des formes élémentaires paramétrées et prémaillées issues d’une bibliothèque de formes dans une structure coque 3D maillée par l’utilisation des variables issues de la CAO, la méthode FEM-CsG permet une évolution constante de la topologie guidée par l’optimisation. Ainsi, même si la topologie est modifiée la forme résultante reste conforme avec une représentation CAO par construction, correspondant davantage à la réalité des optimisations réalisées en avant-projet. La méthode FEM-CsG a été validée sur deux études de cas, de complexité variable, permettant de mettre en avant la robustesse de cette dernière. Ainsi, avec un choix intelligent et cohérent des variables de formes, les problèmes d’optimisation peuvent avec un nombre restreint de variables explorer un nombre important de topologies ou de formes. Les changements de topologies s’effectuent de manière continue, validant ainsi la méthode à tout type d’analyse souhaitée. / The objective of this thesis work is to be able to completely integrate shape optimization of car inner hood stiffeners in a complex industrial process, in order to fully optimize the shape and distribution of the stiffeners in a multi-objective approach (or even multi-disciplinary) of a 3D surfacic structure. To this end, we established, at the outset, an insight of the state-of-the-art in shape optimization of structures by classifying the different shape parametrizations in three distinct categories : geometry-based methods (a shape parametrization such as a CAD model), grid-based methods (such as topology optimization methods) and mesh-based methods (such as morphing methods or mesh regulation). However, none of these methods fully satisfies the set objectives. Thus, we will introduce in this work the FEM-CsG method : Finite Element Mesh - Constructive surface Geometry. Bolstered by its strong industrial context, this method offers a response to such constraints, i.e. the possibility to represent the optimal solution by a system of CAD parameters, the possibility to adapt the FE model to the wanted analysis and the guarantee of a robust geometrical representation and mesh stability. We offer to incorporate premeshed parameterized elementary forms into a 3D sheet meshed structures. Hence, these forms are arising from a CAD parameterized elementary form library. Furthermore, the FEM-CsG method uses a set of operators acting on the mesh allowing a constant evolution of the topology guided by optimization. Therefore, even if the topology may vary, the resulting shapes comply with CAD representations by construction, a solution better reflecting the reality of optimizations performed during the preliminary development stage. The FEM-CsG method has been validated on two simple case studies in order to bring forward its reliability. Thus, with an intelligent and coherent choice of the design variables, shape optimization issues may, with a restrictive number of variables, explore an important number of shapes and topologies. Topology changes are accomplished in a continuous manner, therefore validating the FEM-CsG method to any desired analysis.