Structural design optimization of steel beams using random forest and multi-criteria analysis
Çelik kirişlerin yapısal tasarım optimizasyonu: Random forest ve çok kriterli analiz yaklaşımıyla
- Tez No: 982930
- Danışmanlar: YRD. DOÇ. DR. ERDAL COSKUN
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: İnşaat Mühendisliği, Civil Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İstanbul Kültür Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: İnşaat Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Yapı Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Yapısal olarak verimli ve maliyet açısından etkili inşaatlara yönelik artan talep, mühendisleri yapısal elemanlar, özellikle de yüksek taşıma verimliliği sayesinde köprüler, binalar ve endüstriyel uygulamalarda yaygın olarak kullanılan I-kirişler için gelişmiş optimizasyon tekniklerini araştırmaya teşvik etmiştir. Bu tez, klasik mühendislik hesaplamaları ile Makine Öğrenmesi yöntemlerinden Random Forest algoritmasının entegrasyonunu içeren, basit mesnetli evrensel I-kirişlerin yapısal optimizasyonuna yönelik kapsamlı bir metodoloji önermektedir. Birleşik Krallık'ta üretilmiş 96 evrensel I-kirişten oluşan bir veri seti analiz edilmiştir. Bu veri seti, kesit boyutları, metre başına kütle ve maliyet gibi temel parametreleri içermektedir. Her bir kiriş için, 10 metrelik açıklıkta üç noktalı yükleme senaryosu altında plastik moment kapasitesi ve sehim değerleri, yerleşik yapısal formüller kullanılarak hesaplanmıştır. Bu hesaplamalar, doğruluk ve tutarlılık sağlamak amacıyla hem Python hem de Excel ortamlarında doğrulanmıştır. Plastik moment, sehim ve maliyeti entegre ederek kiriş performansını değerlendiren bir puanlama sistemi geliştirilmiş; bu sistem, kirişlerin nesnel olarak karşılaştırılmasına ve sıralanmasına olanak tanımıştır. Random Forest modeli, veri seti dışında kalan varsayımsal kiriş konfigürasyonları için plastik moment ve sehim tahminleri yapmak üzere eğitilmiş ve optimize edilmiş yeni tasarım seçenekleri üretmiştir. Sonuçlar, bu bütünleşik yaklaşımın yüksek performanslı kirişleri başarıyla tanımladığını ve geometri ile mekanik performans arasındaki doğrusal olmayan ilişkileri yakalayabildiğini göstermektedir. Geliştirilen metodoloji, mühendislerin verimli ve ekonomik yapısal çözümler arayışında kullanabileceği pratik bir karar destek aracı sunmaktadır.
Özet (Çeviri)
The increasing demand for structurally efficient and cost-effective construction has encouraged engineers to explore advanced optimization techniques for structural elements, particularly I-beams, which are widely used in bridges, buildings, and industrial applications due to their high load-bearing efficiency. This thesis proposes a comprehensive methodology for the structural optimization of simply supported universal I-beams by integrating classical engineering calculations with machine learning, specifically using the Random Forest algorithm. A dataset of 96 universal I-beams manufactured in the UK is analyzed, containing essential parameters such as cross-sectional dimensions, mass per meter, and cost. For each beam, the plastic moment capacity and deflection under a 10-meter three-point loading scenario were computed using well-established structural formulas. These calculations were verified in both Python and Excel to ensure consistency and accuracy. A scoring system was developed to evaluate beam performance by integrating plastic moment, deflection, and cost, allowing objective comparison and ranking. The Random Forest model was trained on the dataset to predict plastic moment and deflection for hypothetical beam configurations outside the original database, generating new, optimized design options. Results demonstrate that this combined approach successfully identifies high-performing beams and captures the non-linear relationships between geometry and mechanical performance. The methodology offers a practical decision-support tool for engineers seeking efficient and economical structural solutions.
Benzer Tezler
- Doğuştan kalça çıkıklı hastalarda kalça patolojilerinin bilgisayarlı tomografi ile değerlendirilmesi
Başlık çevirisi yok
NECDET ŞÜKRÜ ALTUN
- Dokuma kumaşlarda örgü tipinin ham kumaşın boyutları ve geometrik özellikleri üzerindeki etkilerinin araştırılması
Başlık çevirisi yok
EMEL ÖNDER
- Plazma arkı eldesi ve yüzey bölgesi modifikasyonunda kullanılabilirliği
Başlık çevirisi yok
ÖZKAN ÖZİPEKLİLER
- Enez kili ve asitle etkileşmesinin kristal yapı bakımından x-ışını kırınım yöntemi ile incelenmesi
Başlık çevirisi yok
NEZİHE ÇALIŞKAN
