Kafes sistemlerin enerji minimizasyonu ile sonlu elemanlar analizi için bir Python kütüphanesi geliştirilmesi
Development of a Python library for finite element analysis of truss systems with energy minimization
Yazar: BATUHAN ŞANLI
Danışman: DOÇ. DR. HAKAN ÖZBAŞARAN ; PROF. DR. YUSUF CENGİZ TOKLU
Eskişehir Osmangazi Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı / Mekanik Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2023
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering

Özet:
Yapısal mühendislik alanında, kafes sistemlerinin analizi ve davranışının anlaşılması büyük öneme sahiptir. Bu sistemler, düğüm noktalarını birbirine bağlayan çubuklarla oluşturulur ve inşaat, havacılık ve makine mühendisliği gibi birçok alanda kullanılır. Optimize edilmiş ve verimli yapı tasarımlarına olan talep arttıkça, kafes sistemlerinin doğru bir şekilde modelleyebilen ve analiz edebilen güçlü hesaplamalı araçlara olan ihtiyaç da artmaktadır. Sonlu Elemanlar Metodu (SEM), karmaşık sistemlerin davranışını anlamak ve öngörmek için kullanılan bir hesaplamalı araç olarak öne çıkmaktadır. SEM, yapıları daha küçük ve yönetilebilir elemanlara bölerek mühendislerin farklı yükler ve sınır koşulları altında bir sistemin tepkisini analiz etme imkânı sağlarlar. Ancak SEM, taşıyıcı sistemde eksik mesnet tepkileri (dış instabilite) durumunda analizi tamamlamakta yetersizdir. Bu tür problemleri çözmek için yenilikçi bir enerji minimizasyonu yönteminden faydalanılır. Bu yöntem, doğadaki minimum enerji kuralını temel alır ve sistemin enerjinin minimum olduğu bir konumu arar. Kinematik stabilitesi olmayan sistemler için enerji minimizasyonu yöntemi, minimum enerjiye sahip olacak konumu belirlemeyi amaçlar. Bu yüksek lisans tezinde, kafes sistemlerinin Sonlu Eleman Analizi ile enerji minimizasyonu tekniklerini entegre eden yeni bir Python kütüphanesi tanıtılmaktadır. Önerilen kütüphane, mühendislere erişilebilir ve çok yönlü bir araç sunmanın yanı sıra, kafes yapılarının tasarımını ve performansını optimize etmek için enerji minimizasyon prensiplerini içerir. Ek olarak metasezgisel ve metasezgisel olmayan algoritmalara da küçük bir giriş sunarak analiz için doğru yöntemin aranması konusunda tartışmalar içerir.

Abstract:
In the field of structural engineering, the analysis and understanding of truss systems hold great significance. These systems are constructed using bars that connect nodal points and find applications in various fields such as construction, aviation, and mechanical engineering. As the demand for optimized and efficient structural designs increases, there is a growing need for powerful computational tools capable of accurately modeling and analyzing truss systems. The Finite Element Method (FEM) emerges as a prominent computational tool used to comprehend and predict the behavior of complex systems. FEM enables engineers to analyze the response of a system under different loads and boundary conditions by breaking down structures into smaller and manageable elements. However, FEM falls short in completing the analysis in cases of missing support reactions (external instability) within the structural system. Innovative energy minimization methods are employed to address such issues. This method is grounded in the principle of minimum energy in nature, seeking the position where the system possesses minimum energy. For systems lacking classical mechanical stability, the energy minimization method aims to determine the position that yields the minimum energy. This master's thesis introduces a new Python library that integrates Finite Element Analysis with energy minimization techniques for truss systems. The proposed library not only provides engineers with an accessible and versatile tool but also incorporates energy minimization principles for optimizing the design and performance of truss structures. Additionally, it includes a brief introduction to both metaheuristic and non-metaheuristic algorithms, fostering discussions on selecting the appropriate method for analysis.