Generation of structural systems based on topology optimization

Sotiropoulos, Stefanos; Σωτηρόπουλος, Στέφανος

dc.contributor.author	Sotiropoulos, Stefanos
dc.contributor.author	Σωτηρόπουλος, Στέφανος
dc.date.accessioned	2021-12-22T09:17:07Z
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/54236
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.21934
dc.relation	info:eu-repo/grantAgreement/EC/FP7/12345	el
dc.rights	Default License
dc.subject	Βελτιστοποίηση κατασκευών	el
dc.subject	Βελτιστοποίηση τοπολογίας	el
dc.subject	Δομικά συστήματα	el
dc.subject	Εννοιολογικός σχεδιασμός	el
dc.subject	Structural optimization	en
dc.subject	Topology optimization	el
dc.subject	Structural systems	el
dc.subject	Conceptual design	el
dc.subject	Tall buildings	el
dc.subject	Υψηλά κτίρια	el
dc.title	Generation of structural systems based on topology optimization	en
dc.title	Γένεση δομικών συστημάτων βάσει βελτιστοποίησης τοπολογίας	el
dc.contributor.department	ΤΟΜΕΑΣ ΔΟΜΟΣΤΑΤΙΚΗΣ - ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΣΤΑΤΙΚΗΣ & ΑΝΤΙΣΕΙΣΜΙΚΩΝ ΕΡΕΥΝΩΝ	el
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	Δομοστατική Μηχανική	el
heal.classification	Υπολογιστική Μηχανική	el
heal.classification	Computational Mechanics	en
heal.classification	Structural Engineering	el
heal.dateAvailable	2022-12-21T22:00:00Z
heal.language	en
heal.access	embargo
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2021-07-08
heal.abstract	The scope of this research is to establish a holistic framework for the conceptual design phase of civil engineering structures in terms of Structural Topology Optimization (STO). In the literature, the application of STO in the field of Civil Engineering, is quite limited. Basic limitations existing works, are the difficulties on the representation of the optimized layouts and the fact that in most cases idealized structural conditions are considered. The confrontation of these two issues is the overarching aim of this PhD research. Manufacturing constraints are applied in continuum-based Topology Optimization (TO) in order to provide solutions for Civil Engineering applications. The proposed methodologies, guided the algorithm to create discrete structures, that consist of truss-like or predefined structural components. Highlight of these procedures is the automation of the optimized structures’ integration in a Computer-Aided Design (CAD) environment. For this purpose, image processing approaches and parametric design techniques are applied. Innovative structural systems for tall buildings and shell structures, that cannot be produced by conventional design techniques, are presented. Additionally, Frame Structural Topology Optimization (FSTO) is addressed and the performance of the structural systems is examined under static and dynamic loadings. The conventional formulation of the compliance’s minimization is applied in the commercial software SAP2000. The dual problem of the volume minimization is performed in an in-house software, developed within the remits of this research and standardized steel members are implemented through regression analysis. Constraints imposed by design code regulations are applied, resulting to optimized layouts that are very close to real-world structures. Some of the proposed structural systems are designed also by commercial software, pointing out the importance of FSTO in the construction industry. Furthermore, an extended survey of topology optimized structures under dynamic excitations and real-world earthquake conditions is conducted. The crucial procedure of the sensitivity analysis evaluation is described thoroughly and innovative structural systems for tall buildings are presented.	en
heal.abstract	Η διδακτορική διατριβή έχει ως αντικείμενο τη συμβολή στην ανάπτυξη προηγμένων μεθοδολογιών για τη γένεση δομικών συστημάτων, λαμβάνοντας υπόψιν τεχνικές βελτιστοποίησης τοπολογίας. Σκοπός είναι η ανάπτυξη μιας ολιστικής προσέγγισης για το αρχικό στάδιο σχεδιασμού της σύλληψης του δομικού συστήματος (conceptual design phase) έργων πολιτικού μηχανικού βάσει βελτιστοποίησης τοπολογίας. Η βελτιστοποίηση τοπολογίας είναι η μαθηματική διαδικασία εύρεσης της βέλτιστης κατανομής του υλικού σε έναν προσχεδιασμένο χώρο, έχοντας ως δεδομένα συγκεκριμένες φορτίσεις, συνοριακές συνθήκες και περιορισμούς με σκοπό τη βελτιστοποίηση της συμπεριφοράς της κατασκευής. Στόχος του βέλτιστου σχεδιασμού είναι η ικανοποίηση κατασκευαστικών και λειτουργικών περιορισμών βελτιστοποιώντας (ελαχιστοποιώντας ή μεγιστοποιώντας) κριτήρια που συνήθως είναι το κόστος, το βάρος της κατασκευής ή μεγέθη που χαρακτηρίζουν την ικανότητα της κατασκευής. Οι βασικοί περιορισμοί εφαρμογής της βελτιστοποίησης κατασκευών σε προβλήματα πολιτικού μηχανικού είναι η δυσκολία μετατροπής της βέλτιστης λύσης σε κατασκευή και η αναπαράστασή της σε CAD (Computer-aided design) περιβάλλον καθώς και το γεγονός ότι τις περισσότερες περιπτώσεις λαμβάνονται υπόψιν εξιδανικευμένες συνθήκες για την επίλυση του μαθηματικού προβλήματος της βελτιστοποίησης.	el
heal.sponsor	This research is co-financed by Greece and the European Union (European Social Fund-ESF) through the Operational Programme «Human Resources Development, Education and Lifelong Learning» in the context of the project “Strengthening Human Resources Research Potential via Doctorate Research” (MIS-5000432), implemented by the State Scholarships Foundation (ΙΚΥ).	en
heal.advisorName	Λαγαρός, Νικόλαος
heal.committeeMemberName	Λαγαρός, Νικόλαος
heal.committeeMemberName	Κουμούσης, Βλάσιος
heal.committeeMemberName	Γαντές, Χαράλαμπος
heal.committeeMemberName	Φωκάς, Μάριος
heal.committeeMemberName	Πλεύρης, Ευάγγελος
heal.committeeMemberName	Ματθαίου, Μαρία
heal.committeeMemberName	Τριανταφύλλου, Σάββας
heal.academicPublisher	Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	247
heal.fullTextAvailability	false