Yilmaz, Elif; Artar, Musa; Ergün, Mustafa

In this study, the optimal weight designs of steel truss towers are determined, considering the notch effect. Thus, the impact of discontinuities in the cross-sections of steel elements on the total weight of the structure is revealed. For this purpose, the optimal weight designs of different truss towers analyzed by other researchers in previous years are reexamined using Particle Swarm Optimization and Firefly Algorithm. The main program where finite element analyses and optimization algorithms are encoded has been developed in MATLAB. Displacement, stress, geometric, and section height constraints are used in optimization methods. The effectiveness of these methods has been demonstrated by comparing both the results in the literature and with each other under un-notched conditions. Subsequently, considering the notch effect on the tension bar with the highest stress capacity in each structure, the impact of stress concentration on the minimum weight sizing of the structure is investigated using these proven methods. When the analysis results of both cases are examined, it is observed that the optimum weights of all structures under the notch effect have slightly increased. The stress concentration around the notch severely raises the nominal stress in the cross-section. In this case, the cross-section becomes insufficient due to the overcapacity, requiring larger profiles. The structure’s weight shows an increasing trend depending on the number of notched elements and the severity of stress concentration. Additionally, SAP2000 software is utilized for numerical simulations of the structures under identical conditions, enhancing the research content and providing further support for the comprehensive design optimization analyses. Consequently, minimizing the adverse effects of notches through careful material selection, proper manufacturing and assembly techniques, and regular maintenance is essential. The effects of notches should be considered in structural analysis and design, with measures taken to mitigate these effects when necessary.

AtıfScopus8·WoS4·OpenAlex8

İncele

Elif Yılmaz

Çelik yapılara olan rağbet gün geçtikçe artmaktadır. Çelik yapıların betonarme yapılara göre maliyeti yüksektir. Bu nedenle daha az maliyetle çelik yapı üretmek gerekmektedir. Son yıllarda yapay zekaya dayalı optimizasyon teknikleri gün geçtikçe artmaktadır. Mühendislik problemlerinin çözümünde de kullanılan yapay zeka maliyeti düşürerek optimum sonuç vermektedir. İmalat sonrası çekme çubuklarında meydana gelebilecek yorulmaya veya malzeme kusurlarına (parçalardaki boşluklar, eleman üzerindeki ani kesit değişikliği, çentik veya delik gibi sebepler) bağlı olarak malzeme sürekliliği bozulabilmektedir. Malzeme sürekliliğinin bozulduğu noktalarda gerilmeler normal değerinden uzaklaşıp maksimum seviyeye ulaşmaktadır. Bu durum gerilme yığılması olarak adlandırılmaktadır. Gerilme yığılmasının ortaya çıktığı elemanlarda gerilme durumu karmaşık olabilmektedir. Bu karmaşıklığı sadece basit eğilme ya da basınç, basit burulma ve basit eğilme yöntemleri ile çözmek mümkün olmayabilir. Bu durumda gerilme yığılması faktörü olan K katsayısı hesaplara dahil olmaktadır. Bu çalışmanın amacı farklı yıllarda geliştirilen sezgisel iki algoritmanın optimizasyon işlemi üzerindeki etkinliğini test etmektir. Bunun için sezgisel optimizasyon algoritmalarından 1995 yılında geliştirilen parçacık sürü optimizasyonu (PSO) ve 2009 yılında geliştirilen ateş böceği algoritması (FFA) kullanılmıştır. Optimizasyon işlemi için literatürde farklı algoritma teknikleri ile optimize edilmiş 25 elemanlı, 72 elemanlı ve 582 elemanlı uzay kafes kule yapıları ile 52 elemanlı düzlem kafes kule yapısı kullanılmıştır. Optimizasyon işleminde bulunan sonuçlar bu örneklerin farklı algoritma teknikleri ile optimize edildiği çalışmalarla karşılaştırılmıştır. Daha sonra en yüksek gerilme kapasitesine sahip elemanda çentik olduğu düşünülerek bu elemana ait gerilme değeri gerilme yığılması katsayısı K ile çarpılıp optimizasyon işlemi yeniden yapılmış ve sonuçlar tablolarla sunulmuştur. Anahtar kelimeler: Optimizasyon, parçacık sürü optimizasyonu, ateş böceği algoritması, gerilme yığılması, çelik kule.