Yapı sistemlerinin doğal frekans sınırlayıcıları altında adaptif jaya algoritmasıyla optimum tasarımı
Optimum design of structural systems usi̇ng adaptive jaya algorithm under natural frequency constrai̇nts
Yazar: GÜLAY YALÇİN BAYAR
Danışman: PROF. DR. SADIK ÖZGÜR DEĞERTEKİN
Dicle Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2021
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
"Evrenin sırlarını bulmak istiyorsanız enerji, frekans ve titreşim açısından düşünün." Nikola TESLA'nın sözünden yola çıkarak bu tez çalışmasında düzlem/uzay kafes yapılar ve düzlem/uzay çerçeve yapıların doğal frekans sınırlayıcıları altında modifiye JAYA (MJA) ve Adaptif Jaya (AJA) algoritmaları kullanılarak minimum ağırlıklı tasarımının yapılması amaçlanmıştır. Sezgisel optimizasyon yöntemleri, son kırk yılda karmaşık optimizasyon problemlerini çözmede yaygın olarak kullanılmaktadır. Jaya algoritması (JA) son yıllarda öne sürülen en popüler sezgisel optimizasyon yöntemleri arasındadır. Jaya, Sanskritçe'de "Zafer" anlamına gelmektedir. Jaya algoritması (JA), optimum tasarımın bulunması için en iyi çözüme yaklaşmayı ve en kötü çözümden uzaklaşmayı  esas almaktadır. Bu doktora tezinde sunulan MJA ile standart JA'ya göre daha hızlı bir algoritma elde edilmeye çalışılmıştır. AJA ile ise herhangi bir optimizasyon parametresi kullanmadan kendini otomatik geliştiren bir algoritma oluşturulmuştur.  Öne sürülen MJA ve AJA algoritmaları düzlem/uzay kafes ve düzlem/uzay çerçeve sistem tasarım örneklerinde MATLAB programlama dilinde kodlanmıştır. Optimum tasarım sonunda elde edilen yapı sistemleri ayrıca SAP 2000 V23 (2021) yapı analiz programında modellenmiş ve MATLAB'ta kodlanan optimizasyon algoritmalarının icrası ile bulunan sonuçlarla birebir aynı değerler elde edilmiştir. Bu şekilde tezde geliştirilen algoritmaların doğrulanması yapılmıştır. MJA ve AJA'nın performansı daha önce farklı sezgisel optimizasyon yöntemleri kullanılarak optimum tasarımı yapılmış olan 7 adet düzlem ve uzay kafes yapı ile 5 adet düzlem ve uzay çelik çerçeve üzerinde test edilmiştir. Önerilen yöntemlerden elde edilen sonuçlar, birbiriyle ve diğer optimizasyon yöntemleriyle optimum ağırlık ve optimum ağırlığı bulmak için gereken yapı analiz sayısı bakımından karşılaştırılmıştır. Ayrıca optimizasyon yöntemlerinin farklı başlangıç tasarımları için yapılan icraları sonucu bulunan tasarımlara ait ortalama ağırlık, en kötü ağırlık ve standart sapma gibi istatistiksel parametreler açısından da kıyaslamaları yapılmıştır. Yapılan karşılaştırmalar AJA'nın,  MJA, standart JA ve literatürdeki diğer yöntemlerden daha hafif tasarımları daha kısa sürede bulabildiğini kanıtlamaktadır.

Abstract:
"If you want to find the secrets of the universe, think in terms of energy, frequency and vibration." based on the words of Nikola Tesla, this thesis aims to obtain minimum weight of  planar/space trusses and planar/space frames using modified JAYA (MJA) and adaptive JAYA algorithms (AJA) under natural frequency constraints. Metaheuristic optimization methods have been implemented as efficient tools for solving complicated optimization problems over the last four decades. JA algorithm (JA) is among the most popular metaheuristic methods which have been developed recently. Jaya means "Victory" in Sanskrit. The algorithm is based on the concept that the solution obtained for a given optimization problem which should move toward the best solution and must avoid the worst solution. The proposed MJA and AJA algorithms for planar/space truss and planar/space frame structures. The optimum designs are also analyzed by SAP2000 V23 (2021) structural analyses software and hence, the results found by propoced algorithms are verified by a reliable software. The performance of MJA and AJA is tested on seven truss structures and five steel frame structures, which have previously been optimized by using different metaheuristic optimization methods. The results obtained by the proposed methods are compared to each other and other optimization methods in terms of optimum weight and number of structural analyses. Several statistical parameters such as average weight, worst weight and standard deviation are also reported in the design examples. The comparisons prove that AJA could find lighter designs with less computational effort than MJA, standard JA and other optimization methods in the literature.