A comparative study on optimization in structural acoustics
Optimizasyonla ilgili karşılaştırmalı inceleme
- Tez No: 890579
- Danışmanlar: Prof. Dr. STEFFEN MARBURG
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2011
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Technische Universität Dresden
- Enstitü: Yurtdışı Enstitü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Makine Dinamiği, Titreşimi ve Akustiği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: 131
Özet
Bu tez, yapısal akustikte optimizasyon üzerine kapsamlı bir karşılaştırmalı çalışma niteliğindedir. Bir yapının şeklini değiştirmek için piyasada bulunan bir sonlu eleman yazılım paketi ve kullanıcı tarafından hazırlanmış ek programların birleşimi kullanılmıştır. Bu, amaç işlevde önemli gelişmeler elde etmek için yinelemeli olarak ve kişisel müdahale olmaksızın yapılmıştır. Optimizasyon süreci, önceden belirlenmiş maksimum fonksiyon değerlendirme sayısına ulaşılana kadar otomatik olarak devam etmiştir. Tasarım değişkenleri, seçilen yüzey anahtar noktalarında yapının yerel geometri modifikasyon değerleridir. Optimizasyonun amacı, yapı kaynaklı sesin kök ortalama kare seviyesinin (bir yapının titreşim hassasiyetinin genel bir ölçüsü) en aza indirilmesini kapsamaktadır. Buna ek olarak, yapısal kütle sabit kalmakta ve tasarım değişkeni değerlerinin izin verilen aralıkları öngörülen üst ve alt sınırlarla kısıtlanmaktadır. Optimizasyon prosedürü, çelikten yapılmış dikdörtgen bir plakanın sonlu eleman modeli üzerinde test edilmiştir. On iki farklı optimizasyon yöntemi birbirlerine kıyasla test edilmiştir. Bu yöntemler yaklaşık ya da kesin olarak değerlendirilmiştir. Yaklaşık optimizasyon yöntemleri ya amaç fonksiyonunun yaklaşık bir değerini, örneğin hibrit deney tasarımı ve hibrit sinir ağları değerini kullanmış, ya da amaç fonksiyonunun birinci ve ikinci türevlerinin yaklaşık değerlerini, örneğin uygun yönler yöntemi, sıralı kuadratik programlama yöntemi, Newton yöntemi, kısıtlı problemler için sınırlı bellek Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno yöntemi, hareketli asimptotlar yöntemi, orta dereceli çoklu noktalar yöntemi ve kontrollü rastgele arama yöntemi değerlerini kullanmıştır. Genetik algoritmalar, tabu arama ve benzetimli tavlama gibi kesin optimizasyon yöntemleri türev içermeyen yöntemler olup amaç fonksiyonunun tam değerini kullanmıştır. Ayrıca, yöntemlerin karşılaştırılması için istatistiksel bir yaklaşım izlenilmiştir. Her bir optimizasyon algoritmasının avantajları ve dezavantajları aşağıda ayrıntılı olarak raporlanmıştır. Her bir optimizasyon yönteminin yakınsama oranı (optimizasyon hızının bir ölçüsü) ve sağlamlık seviyesi değerlendirilmiştir. Bazı optimizasyon yöntemleri hızlı, orta ve yavaş olarak sınıflandırılmıştır. Hareketli asimptotlar yöntemi ve orta dereceli çoklu noktalar yöntemi en hızlı yöntemler olarak sunulmuştur. Son olarak, etkili yapısal-akustik analiz yöntemlerinin kullanılmasının toplam optimizasyon süresini önemli ölçüde azaltabileceği görülmüştür. Güçlü optimizasyon yöntemleri, etkili (hızlı ve güvenilir) yapısal akustik analiz yöntemleriyle donatılırsa, daha kısa bir hesaplama süresinde daha tatmin edici optimizasyon sonuçları elde edilebilir. Bu durumda, karmaşık ve çok aşamalı hibrit optimizasyon algoritmalarına uygun bir alternatif olarak düşünülebilir.
Özet (Çeviri)
This dissertation presents an exhaustive comparative study on optimization in structural acoustics. A combination of a commercially available nite element software package and additional user-written programs is used to modify the shape of a structure. This is done iteratively and without manual intervention to achieve signi cant improvements of the objective function. The optimization process continues automatically until the prede ned maximum number of function evaluations is reached. The design variables are the structure's local geometry modi cation values at selected surface key-points. The objective of the optimization includes the minimization of the root mean square level of structure borne sound (a general measure of the vibrational sensitivity of a structure). In addition, the structural mass remains constant and the allowable ranges of design variable values are restricted by prescribed upper and lower limits. The optimization procedure is tested on the nite element model of a rectangular plate made of steel. Twelve dierent optimization methods are tested against each others. These methods are considered either as approximate or exact. The approximate optimization methods use either an approximated value of objective function, e.g., hybrid design of experiments and hybrid neural networks, or the approximated values of the rst and the second derivatives of the objective function, e.g., method of feasible directions, sequential quadratic programming method, Newton method, limited memory Broyden-Fletcher-Goldfarb-Shanno method for bound constrained problems, method of moving asymptotes, mid-range multi-points method and controlled random search method. The exact optimization methods, e.g., genetic algorithms, tabu search and simulated annealing, are derivative-free methods and they use the exact value of objective function. Furthermore, a statistical approach is followed for the comparison of methods. Advantages and disadvantages of each optimization algorithm are reported in details. The rate of convergence (a measure of optimization speed) and the robustness level of each optimization method are evaluated. Some optimization methods are classi ed as fast, medium and slow. Method of moving asymptotes and mid-range multi-points method are introduced as the fastest methods. Finally, it is experienced that the use of eective structural-acoustic analysis methods can drastically reduce the total optimization time. If the powerful optimization methods become equipped with eective (fast and reliable) structural acoustic analysis methods, then they can present more desirable optimization results in a shorter period of computation time. In this case, they can even be considered as a suitable replacement for the complex and the multi-stages hybrid optimization algorithms.
Benzer Tezler
- Elektrikli araçlar için asenkron makinelerde rotor oluk geometrilerinin uzay harmonik ve işletme başarımı üzerine etkilerinin tespitine katkılar
Contributions to determine the effects of different rotor slot geometries on space harmonics and performance in induction machines for electric vehicles
ABDULSAMED LORDOĞLU
Yüksek Lisans
Türkçe
2019
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DERYA AHMET KOCABAŞ
- Gömülü sistemlerde sesli komut tanıma
Voice command recognation in embedded systems
CAN ÇETİN
Yüksek Lisans
Türkçe
2020
Mekatronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMekatronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MUSTAFA DOĞAN
- Deprem yalıtımlı ve ek sönümleyicili olarak tasarlanan iki yapının genel yapı parametreleri üzerinden karşılaştırılması
Comparison of two structures designed as seismically isolated and with supplementary damping system in terms of global structural response parameters
RAMAZAN ÖZGÜR İRİDERE
Yüksek Lisans
Türkçe
2024
Deprem Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesiİnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. KUTLU DARILMAZ
- Determination of parameter regions for diagonal dominance and stability of MIMO systems
MIMO sistemlerin köşegen baskınlığı ve kararlılığı için parametre bölgelerinin belirlenmesi
İLHAN MUTLU
Doktora
İngilizce
2017
Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrolİstanbul Teknik ÜniversitesiKontrol ve Otomasyon Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MEHMET TURAN SÖYLEMEZ
- Propulsion-airframe integration for low-boom supersonic aircraft
Düşük gürültülü sesüstü hava araçlarında itki-gövde entegrasyonu
RUMED İMRAK
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Havacılık Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiSavunma Teknolojileri Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MELİKE NİKBAY