Korozyon etkisi altındaki kafes çatı sistemlerin karınca kolonisi ve kelebek optimizasyon algoritma yöntemleri ile minimum ağırlık boyutlandırılması
Minimum weight design of truss roof systems under corrosion effect by ant colony and butterfly optimization algorithm methods
Yazar: AFRANUR YAREN AYDOĞDU
Danışman: DOÇ. DR. MUSA ARTAR
Bayburt Üniversitesi / Lisansüstü Eğitim Enstitüsü / İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2022
Konu: İnşaat Mühendisliği = Civil Engineering
Dizin: Kafes sistemler = Truss systems ; Karınca koloni algoritması = Ant colony algorithm ; Kelebek optimizasyonu algoritması = Butterfly optimization algorithm ; Korozyon = Corrosion ; Matlab = Matlab

Özet:
Optimum tasarım, elde edilen kaynakların en verimli halde kullanılmasını ve hedefe yönelik çalışmalara en sağlam şekilde ulaşmayı sağlayan işlemler toplamıdır. Yapıların optimum tasarımı ile yeterli dayanıma sahip yapılar arasından ağırlığı minimum olanının elde edilmesi amaçlanmaktadır. Öte yandan, hedeflenen amaç doğrultusunda tasarlanan yapısal sisteme etki eden yükler altındaki davranışının da kabul edilebilir sınırlar içerisinde kalması gerekmektedir. Böylece, tasarım sınırlayıcılarını sağlayan ve ağırlığı minimum olan yapının elde edilmesi, optimum tasarım problemini oluşturmaktadır. Optimum tasarımda yapı sistemlerinin çözüm yöntemlerinden biri olan yapay zekaya dayalı optimizasyon teknikleri kullanılmaktadır. Bu tez çalışmasında uzay kafes çatı sistemlerde kullanılan çelik yapı elemanları üzerindeki korozyon etkisi incelenecektir. Düzlem kafes ve uzay kafes çatı sistemlerin korozyon etkisi dahil ve hariç olarak, belirlenen algoritma yöntemleri ile minimum ağırlık tasarımı gerçekleştirilecektir. Sürü zekasına dayanan en eski algoritma yöntemlerinden olan Karınca Kolonisi Optimizasyonu (ACO) ve son yıllarda geliştirilen yeni algoritma yöntemlerinden biri olan Kelebek Optimizasyon Algoritması (BOA) kullanılmıştır. Minimum ağırlık boyutlandırmasını kısa bir sürede gerçekleştirebilmek amacıyla gerekli hesaplamaları yapmak için MATLAB programlama dili kullanılmıştır. Öncelikle düzlem sistemler ve uzay kafes sistemlerin Sonlu Elemanlar Metodu (SEM) ile analizi gerçekleştirilen iki ayrı analiz programı yazılmıştır. Amerikan Çelik Konstrüksiyon Enstitüsü-İzin Verilen Dayanım Tasarımı (AISC-ASD) (1989) standardında belirtilen gerilme, narinlik, deplasman koşulları programa dahil edilmiştir. Öne sürülen ACO ve BOA algoritmaları düzlem ve uzay kafes sistem tasarım örneklerinde MATLAB programlama dilinde kodlanarak oluşturulan analiz programına dahil edilmiştir. Son olarak korozyon etkisi dikkate alındığında minimum yapı ağırlığındaki değişimler tespit edilerek sunulmuştur. Elde edilen analiz sonuçları kendi aralarında ve literatürdeki mevcut sonuçlar ile karşılaştırılmıştır. Analiz sonuçlarında önerilen ACO ve BOA yöntemlerinin düzlem ve uzay kafes sistemlerin çözümünde diğer algoritma yöntemlerinin sonuçlarına oldukça yakın sonuçlar elde edildiği görülmüştür. Böylelikle bu çalışmada kullanılan metodolojinin kabul edilebilirliği ispatlanarak korozyon etkisinin yapının minimum ağırlığının nasıl etkilediği araştırılmıştır. Korozyon etkisi altındaki farklı kafes çatı problemleri incelendiğinde yapının geometrisi, eleman sayısı, yükleme tipi vb. etmenlere bağlı olarak yapının bir miktar ağırlaştığı analiz sonuçlarında tespit edilmiş tablolarla karşılaştırmalı olarak sunulmuştur. 
 Anahtar Kelimeler: Minimum ağırlık tasarımı, karınca kolonisi optimizasyonu, kelebek optimizasyon algoritması, kafes sistemler, MATLAB, korozyon.

Abstract:
Optimum design is the sum of the processes that ensure the most efficient use of the obtained resources and the most robust way to reach the target-oriented works. With the optimum design of the structures, it is aimed to obtain the minimum weight among the structures with sufficient strength. On the other hand, its behavior under loads affecting the structural system designed in line with the targeted purpose should also remain within acceptable limits. Thus, obtaining the structure that provides the design constraints and has a minimum weight constitutes the optimum design problem. Optimization techniques based on artificial intelligence, which is one of the solution methods of building systems, are used in optimum design. In this thesis, the effect of corrosion on steel structural elements used in space truss roof systems will be examined. The minimum weight design will be carried out with the determined algorithm methods, including and excluding the corrosion effect of the plane truss and space truss roof systems. Ant Colony Optimization (ACO), one of the oldest algorithm methods based on swarm intelligence, and Butterfly Optimization Algorithm (BOA), one of the new algorithm methods developed in recent years, were used. MATLAB programming language was used to make the necessary calculations in order to perform the minimum weight desing in a short time. First of all, two separate analysis programs were written, in which plane and space truss systems were analyzed by Finite Element Method (FEM). The stress, slenderness and displacement conditions specified in the American Institute of Steel Construction-Allowable Strength Design (AISC-ASD) (1989) standard are included in the program. The proposed ACO and BOA algorithms were included in the analysis program created by coding in the MATLAB programming language in plane and space lattice system design examples. Finally, considering the corrosion effect, the changes in the minimum weight of the structure were determined and presented. The analysis results obtained were compared among themselves and with the existing results in the literature. In the analysis results, it was seen that the proposed ACO and BOA methods were very close to the results of other algorithm methods in the solution of plane and space truss systems. Thus, by proving the acceptability of the methodology used in this study, it was investigated how the corrosion effect affects the minimum weight of the structure. When different truss roof problems under the influence of corrosion are examined, the geometry of the structure, the number of elements, the type of loading, etc. It is presented in comparison with the tables determined in the results of the analysis, where the structure becomes a little heavier depending on the factors.
Keywords: Minimum weight design, ant colony optimization, butterfly optimization algorithm, truss systems, MATLAB, corrosion.