Açık deniz yapılarının güvenilirliğe dayalı optimizasyonu
Reliability based design optimization of offshore structures
Yazar: VEDAT TOĞAN
Danışman: PROF. DR. AYŞE DALOĞLU
Karadeniz Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2009
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Açık deniz platformları = Offshore platforms ; Duyarlılık = Sensitivity ; Güvenilirlik = Reliability ; Rastgele değişkenler = Random variables

Özet:
Gelişen teknolojiyle beraber artık günümüzde, bir ihtiyacı karşılamak adına belirli koşulları sağlayan tasarımlar arasından en uygun olanının elde edilmesine yönelik geliştirilmiş pek çok ardışık işlem dizileri bulunmaktadır. Bu algoritmaların ortak özellikleri yük, malzeme, geometri v.b. gibi kullanılan parametrelerin değerlerinin belirli olmasıdır. Oysaki mühendislik problemlerinde kullanılan parametrelerin çoğunda belirsizlikler mevcuttur. Diğer bir ifadeyle bu parametreler için kullanılan değerler rastgele değişkenlerdir.Bu çalışmanın amacı optimizasyon sürecinde, kullanılan parametrelerin değerlerinde oluşabilecek belirsizlikleri dikkate alarak açık deniz yapılarının optimizasyonunu gerçekleştirerek minimum ağırlıklarını elde etmektir. Bunun için optimizasyon yöntemi olarak ardışık ikinci dereceden programlama ve diferansiyel gelişim yöntemini, güvenilirlik metodu olarak da birinci dereceden güvenilirlik yöntemi ve tersine güvenilirlik yöntemini içeren bir bilgisayar programı FORTRAN dilinde kodlanmıştır. Bu program yardımıyla kendi ağırlığı, maksimum dalga yükü ve taşıdığı istasyon yüküne maruz 3 farklı tip açık deniz yapısının belirsizlikler altında eleman güvenilirliğine dayalı optimizasyonları gerçekleştirilmiştir. Optimizasyonda gerek malzeme özellikleri gerekse yükleme için kullanılan parametre değerlerinde oluşabilecek belirsizlikler dikkate alınmıştır.Sonuç olarak, belirsizliklerin optimizasyon sürecinde dikkate alınmaları durumunda açık deniz yapılarının elde edilen ağırlıkları belirsizliklerin dikkate alınmamaları durumuna göre elde edilen ağırlıklarından daha fazladır. Optimizasyonda belirsizliklere bağlı sınırlayıcıların değerlendirilmesinde kullanılan tersine güvenilirlik yöntemine dayanan performans ölçümü yaklaşımı, birinci dereceden güvenilirlik yöntemine dayanan güvenilirlik indeksi yaklaşımına göre hem yakınsama oranı hem de hesap zamanı açısından daha etkindir. Optimizasyon yöntemi olarak kullanılan diferansiyel gelişim, fazla hesap zamanı gerektirmesine rağmen elde edilen sonuçlar açısından ardışık ikinci dereceden programlama ile uygun sonuçlar vermektedir ve kullanılabilir olmaktadır.

Abstract:
With the improving technology today, there are many algorithms available to obtain the optimum solution among the designs that satisfy some predefined conditions for a certain problem. The common property of these algorithms is that the parameters of the optimization such as material, load, geometry etc., are considered as deterministic. However, kinds of randomness exist for most of the parameters used in engineering problems. That is, considering these parameters as random variables is more truthful.The aim of this study is to obtain the minimum weight of the offshore structures by performing their optimizations under the randomness that is unavoidable for the parameters used in the optimization. A computer program is coded in FORTRAN for the purpose. Program includes the sequential quadratic programming and differential evolution as the optimization methods in addition to the first order reliability and inverse reliability methods. Three different types of offshore structures are optimized considering the component reliability under self-weight, maximum wave height and the total mass at the top. The uncertainties related with both the material and the loading are taken into account in the optimization process.It is concluded that when the parameters defined in the optimization are considered as random the weight of offshore structures are calculated heavier than those obtained with deterministic parameters. The performance measure approach based on the inverse reliability method is robust compare to the reliability index approach based on the first order reliability method in terms of both the convergence rate and the computation time. Although it needs more computation time differential evolution produces nearly the same results with the sequential quadratic programming and it can be employed.