استفاده از روش‌های نظریه گراف‌ها برای بهبود خوش وضعی ماتریس نرمی سازه ها

نوع مقاله : پژوهشی

نویسندگان

ایرانی

چکیده

در تحلیل رایانه‌ای سازه‌ها، تحلیل باید به‌صورتی انجام پذیرد که علاوه بر کاهش فضای کامپیوتر و زمان اجرای محاسباتی کامپیوتر، خطاهای محاسباتی نیز به کم‌ترین مقدار ممکن برسد. این امر با تشکیل ماتریس‌های سازه‌ای مناسب که در حین پر صفر و خوش ساختار بودن، خوش حالت نیز می‌باشد، تحقق خواهد یافت. این یک مسأله‌ی بهینه‌سازی، چندمنظوره خواهد بود. در این مقاله بر روی خطاهای محاسباتی، اعم از خطاهای گرد کردن و ... در تشکیل ماتریس نرمی سازه و کاهش این خطاها با ارائه الگوریتم‌های مناسب، پایدار و کارا تأکید شده است. زمانی که به دلیل ساختارهای به‌خصوصی، ماتریس نرمی به‌صورت بد وضع درمی آید خطاهای محاسبات افزایش می‌یابند. این حالت در سازه‌های دارای اعضای با سختی‌های متفاوت مشهودتر است. استفاده از اعضای ضعیف، سبب ایجاد درایه‌های بزرگ غیر قطری در ماتریس نرمی می‌شود که نتیجه‌ی آن ایجاد بد وضعی ماتریس نرمی است. در محاسبات عددی، بد وضعی یک ماتریس را با جابه‌جایی سطرها و یا جایگزین کردن چند سطر، بهبود می‌بخشند. در این نوشته سعی بر این است که تغییرات فوق، قبل از تشکیل ماتریس نرمی، تشخیص داده شده و اعمال گردند. برای این منظور از خصوصیات توپولوژیکی و جبری ساده در تحلیل، به طور مؤثر استفاده می‌گردد و این امر با معرفی پایه چرخه‌هایی با خواص ویژه صورت می‌پذیرد که منجر به تشکیل ماتریس نرمی با شرایط موزونی شبه بهینه شده و در نتیجه خطاهای محاسباتی به مقدار قابل توجهی کاهش می‌یابد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Graph Theoretical Methods for improving The conditioning of Flexibility Matrix of Structures

نویسندگان [English]

  • farzad Dizaji
  • mostafa Khanzadi
چکیده [English]

In addition to reducing the size and time of analyses, reduction of analytical errors is one of the most important considerations in ideal analysis of skeletal structures by computer. Appropriate matrixes with more zeros (sparse), well structure, and well condition are helpful for this aim. Therefore, an optimizing problem with multiple objectives will be considered.The objective of this research is reducing the analytical errors such as rounding errors in flexibility matrixes of skeletal structures by performing more constant and proper algorithm. These errors increase in special structures with unsuitable flexibility matrixes; the structures with different stiffnesses are one of the most prevalent examples for this case.Use of weak elements leads into high non-diagonal terms in flexibility matrix, which result in analytical errors. In numerical analysis, ill-condition of a matrix is soluble by movement or substitution of the rows; then specification and implementation of these changes before forming the flexibility matrix has been studied. By identifying cycle bases with specific qualities, simple typological and algebraic properties have been used basically in analyses for this purpose. In conclusion, stiffness matrixes with optimally condition number are obtainable and analytical errors reduce.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Graph Theory Methods
  • Force Method
  • Well Conditioning of Structural Matrices
CAPTCHA Image