Genel olarak yapısal optimizasyon problemi, boyut, şekil, topoloji ve topografi optimizasyonu olmak üzere dört başlıkta incelenebilmektedir. Literatürde bilinen en eski yapısal optimizasyon metodu boyut optimizasyonudur (parametrik optimizasyon diye de adlandırılabilir). Ardından şekil optimizasyonu gelir ve en yeni olan topoloji ve topografi optimizasyonudur.
Yapısal optimizasyon işlemi; belirli sınır koşulları ve kısıtlar altında, verilen bir tasarım topolojisinden başlayarak malzeme dağılımının veya sınırların şeklinin değişerek optimum tasarıma ulaşılması olarak tanımlanabilir. Tasarım işlemi üç aşamalı olarak uygulanmaktadır.
- Mevcut metodlar ile optimum başlangıç topolojisi oluşturulur.
- Bu topoloji bilgisayar görüntüleme teknikleri yardımıyla işlenir ve tasarımlara dönüştürülür.
- Daha sonra şekil optimizasyonu uygulanarak yapının dış hatlarına ve deliklerine düzgün bir şekil verilir ve eğer gerekli ise boyut optimizasyonu ile yapının son boyutları belirlenir.
Boyut ve şekil optimizasyon metodlarının dezavantajı veya sınırlayıcı özelliği, tasarım topolojisinin sabit kabul edilmesidir.
Boyut Optimizasyonu
Konfigürasyonu önceden tanımlanmış bir yapı üzerinde uygulanmaktadır. Örneğin, saclarda kalınlık, kirişlerde kesit alanı ve uzunluk gibi boyutların optimum kombinasyonunu araştırmaktadır. Yapının sınırlarının veya yapı içinde yer alan deliklerin geometrisinin tekrar tanımlanmasına olanak sağlamak yerine önceden belirlenmiş geometriden en iyi tasarımı elde etmeye çalışmaktadır.
Şekil Optimizasyonu
Şekil optimizasyonu yapının dış sınırlarını ve deliklerinin geometrisini yani şeklini değiştirmektedir. Yüzeyler üzerinde ve eğri hatlar üzerinde tanımlanabildiğinden boyut optimizasyonunun kapasitesinin genişletilmiş halidir. Bununla birlikte, boyut optimizasyonu gibi konfigürasyonu önceden belirlenmiş yapıları esas almaktadır.
Topoloji Optimizasyonu
Bir yapının topolojisi deliklerin sayısı, çubukların bağlantıları ve kirişlerin sayısı ile tanımlanmaktadır. Herhangi bir yapı, üzerindeki deliklerin sayısı aynı kalmak koşulu ile sadece deliklerin şekli değiştirilerek başka bir yapıya dönüştürüldüğünde bu iki yapı aynı topolojiye sahip olmaktadır. Şekil’den de anlaşılacağı gibi a kirişi üzerinde yalnızca deliklerin şekli değiştirilerek b kirişi elde edilmiştir ve bu iki kirişin topolojisi aynıdır denilebilir.
Topolojinin, yani malzeme dağılımı ve geometrinin yapıların performansı üzerinde büyük etkisi vardır. Tasarım alanı içerisinde yer alacak elemanların yerleşimine veya yapının geometrisine karar verirken belirli sorular cevaplandırılmalıdır. Örneğin, kafes sisteminde kullanılan bir çubuğun veya yapı üzerindeki bir parçanın gerekli olup olmadığı, kafes sisteminde kullanılan çubukların sayısı ve bağlantılarının şekli, sürekli bir yapıda deliklerin sayısı v.b. Gelişmiş yapısal optimizasyon teknikleri kullanılmaya başlanmadan önce bu sorular tasarımcının tecrübesinden ve içgüdüsünden yararlanarak çözümlenirdi.
Topoloji optimizasyonu, mümkün olabilecek bütün konfigürasyonları içeren ve kullanıcı tarafından tanımlanan konfigürasyon seti arasından, uygulanan yükleme ve sınır koşulları dahilinde en uygun konfigürasyona sahip yapıyı yaratmayı amaçlamaktadır.
Topografi Optimizasyonu
Topografi optimizasyonu çoğunlukla sac parçalar üzerinde uygulanmaktadır. Sac parçalar üzerinde yapının direngenliğini artırabilmek için oluşturulan kaburga yapılarının dağılımı ile ilgilenmektedir. Yapı üzerinde belirli bir tasarım bölgesinde kaburgalara dayalı şekil değişmeleri sağlayan, şekil optimizasyonunun gelişmiş bir formudur. Topografi optimizasyonu yaklaşımı, topoloji optimizasyonunda kullanılan yaklaşıma, şekil değişkenlerinin yoğunluk değişkenlerine nazaran daha çok kullanılması haricinde, oldukça benzerdir. Tasarım bölgesi, yapı üzerinde etkisi hesaplanan ve bir seri iterasyonla optimize edilmiş çok sayıda değişkene bölünmektedir. Topografi optimizasyonu ile belirlenen kısıtlar çerçevesinde yapı üzerindeki optimum kaburga dağılımını bulmak için kullanılmaktadır.
