Optimisation-driven conceptual design : case study...

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This is a repository copy of Optimisation-driven conceptual design : case study of a large transfer truss. White Rose Research Online URL for this paper: http://eprints.whiterose.ac.uk/154501/ Version: Accepted Version Article: Fairclough, H., Gilbert, M. orcid.org/0000-0003-4633-2839, Thirion, C. et al. (2 more authors) (2019) Optimisation-driven conceptual design : case study of a large transfer truss. The Structural Engineer, 97 (10). pp. 20-26. ISSN 1466-5123 © 2019 The Authors. This is an author-produced version of a paper subsequently published in The Structural Engineer. Uploaded in accordance with the publisher's self-archiving policy. [email protected] https://eprints.whiterose.ac.uk/ Reuse Items deposited in White Rose Research Online are protected by copyright, with all rights reserved unless indicated otherwise. They may be downloaded and/or printed for private study, or other acts as permitted by national copyright laws. The publisher or other rights holders may allow further reproduction and re-use of the full text version. This is indicated by the licence information on the White Rose Research Online record for the item. Takedown If you consider content in White Rose Research Online to be in breach of UK law, please notify us by emailing [email protected] including the URL of the record and the reason for the withdrawal request.

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Article:

Fairclough, H., Gilbert, M. orcid.org/0000-0003-4633-2839, Thirion, C. et al. (2 more authors) (2019) Optimisation-driven conceptual design : case study of a large transfer truss. The Structural Engineer, 97 (10). pp. 20-26. ISSN 1466-5123

© 2019 The Authors. This is an author-produced version of a paper subsequently published in The Structural Engineer. Uploaded in accordance with the publisher's self-archiving policy.

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Fラヴ デエW キSWミデキaキI;デキラミ ラa マキミキマ┌マ ┘Wキェエデ ゲデヴ┌Iデ┌ヴWゲが Iラミデキミ┌┌マ H;ゲWS デラヮラノラェ┞ ラヮデキマキゲ;デキラミ マWデエラSゲ ;ヴW Iラママラミノ┞ ┌ゲWSく TエWゲW ヴラ┌デキミWゲ ;ヴW ミラ┘ キミIノ┌SWS キミ マ;ミ┞ ェWミWヴ;ノ ヮ┌ヴヮラゲW aキミキデW WノWマWミデ ゲラaデ┘;ヴW ヮ;Iニ;ェWゲが ;ミS ;ヴW ┘キSWノ┞ ┌ゲWS キミ デエW ;Wヴラゲヮ;IW ;ミS ;┌デラマラデキ┗W キミS┌ゲデヴキWゲく Hラ┘W┗Wヴが デエW┞ ;ヴW ノWゲゲ ラH┗キラ┌ゲノ┞ ┌ゲWa┌ノ キミ デエW SWゲキェミ ラa H┌キノSキミェ ゲデヴ┌Iデ┌ヴWゲく Tエキゲ キゲ HWI;┌ゲW ; デ┞ヮキI;ノ H┌キノSキミェ ゲデヴ┌Iデ┌ヴW IラマヮヴキゲWゲ ; ゲヮ;ヴゲW ;ゲゲWマHノ┞ ラa SキゲIヴWデW WノWマWミデゲが ┘キデエ ; ┗Wヴ┞ ノラ┘ ;ゲゲラIキ;デWS ┗ラノ┌マW aヴ;Iデキラミ ふデエW ヮヴラヮラヴデキラミ ラa ラヴキェキミ;ノ SWゲキェミ Sラマ;キミ ┘エキIエ キゲ ラII┌ヮキWS H┞ ゲデヴ┌Iデ┌ヴW ;aデWヴ デエW ラヮデキマキゲ;デキラミぶが HW┞ラミS デエW ミラヴマ;ノ ┘ラヴニキミェ ヴ;ミェW ラa Iラミデキミ┌┌マ デラヮラノラェ┞ ラヮデキマキゲ;デキラミ ヴラ┌デキミWゲく Fキェ┌ヴW ヵ ゲエラ┘ゲ ;ミ W┝;マヮノW Iラミデキミ┌┌マ ラヮデキマキゲ;デキラミ ヴWゲ┌ノデ aラヴ デエW ヮヴWゲWミデ I;ゲW ゲデ┌S┞が ヮヴラS┌IWS ┌ゲキミェ デエW aヴWWノ┞ ;┗;キノ;HノW MATLAB ゲIヴキヮデ SW┗WノラヮWS H┞ Sキェマ┌ミSΑく

Fキェ┌ヴW ヵぎ B;ゲWマWミデ デヴ;ミゲaWヴ デヴ┌ゲゲぎ Iラミデキミ┌┌マ デラヮラノラェ┞ ラヮデキマキゲ;デキラミ ゲラノ┌デキラミ

ふAぶ HEURISTIC METHOD ふEくGく GENETIC ALGORITHMぶ

ふBぶ PROPOSED TWOどSTEP APPROACH

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Fラヴ H┌キノSキミェ aヴ;マWゲが キデ キゲ マラヴW ;ヮヮヴラヮヴキ;デW デラ キミゲデW;S ┘ラヴニ ┘キデエ SキゲIヴWデW ゲデヴ┌Iデ┌ヴ;ノ WノWマWミデゲが ;ゲ キゲ ヮヴラヮラゲWS エWヴWく Iミ デエキゲ I;ゲW ミ┌マWヴキI;ノ ノ;┞ラ┌デ ラヮデキマキゲ;デキラミ Wマヮノラ┞キミェ ; ェヴラ┌ミS ゲデヴ┌Iデ┌ヴWΒ I;ミ HW ┌ゲWSが キミ ┘エキIエ デエW SWゲキェミ Sラマ;キミ キゲ ヮラヮ┌ノ;デWS ┘キデエ ミラSWゲが デエWミ キミデWヴIラミミWIデWS H┞ ヮラデWミデキ;ノ マWマHWヴゲ ;ゲ ゲエラ┘ミ キミ Fキェ┌ヴW ヶく M;デエWマ;デキI;ノ ヴラ┌デキミWゲ I;ミ デエWミ HW ┌ゲWS デラ キSWミデキa┞ デエW ゲ┌HゲWデ ラa マWマHWヴゲ ┘エキIエ aラヴマが aラヴ W┝;マヮノWが デエW ゲデヴ┌Iデ┌ヴW ┘エキIエ Iラミゲ┌マWゲ デエW マキミキマ┌マ ;マラ┌ミデ ラa マ;デWヴキ;ノく Iミ デエW ノラ┘ ヴWゲラノ┌デキラミ W┝;マヮノW ゲエラ┘ミ キミ aキェ┌ヴW ヶが デエキゲ ヴWゲWマHノWゲ ; SWWヮ ┘;ヴヴWミ デヴ┌ゲゲき ;デ エキェエWヴ ヴWゲラノ┌デキラミゲ デエW マキミキマ┌マ ┘Wキェエデ ゲラノ┌デキラミ IノラゲWノ┞ ヴWゲWマHノWゲ ; エ;ノa HキI┞IノW ┘エWWノが ┘キデエ ; ゲWマキどIキヴI┌ノ;ヴ IラマヮヴWゲゲキラミ マWマHWヴ ;ミS マ;ミ┞ ヴ;Sキ;ノ デキWゲく Tエキゲ SWマラミゲデヴ;デWゲ ニW┞ Iエ;ヴ;IデWヴキゲデキIゲ ラa マキミキマ┌マ ┘Wキェエデ ゲデヴ┌Iデ┌ヴWゲき マWマHWヴゲ ;ヴW ;┝キ;ノノ┞ ゲデヴWゲゲWS ;ミS HWミSキミェ キゲ Wノキマキミ;デWSが a┌ヴデエWヴマラヴWが IラマヮヴWゲゲキラミ ;ミS デWミゲキラミ マWマHWヴゲ ;ヴW ;ヮヮヴラ┝キマ;デWノ┞ ラヴデエラェラミ;ノ ;ミS ノキW ;ノラミェ ノキミWゲ ラa ヮヴキミIキヮ;ノ ┗キヴデ┌;ノ ゲデヴ;キミく

HWヴW デエW ラヮデキマキゲ;デキラミ ヮヴラHノWマ IラミゲキSWヴWS デエヴラ┌ェエラ┌デ キゲ デラ マキミキマキゲW デエW ┗ラノ┌マW ラa マ;デWヴキ;ノ Iラミゲ┌マWSが ゲ┌HテWIデ デラ Wケ┌キノキHヴキ┌マ ;ミS ゲデヴWミェデエ Iラミゲデヴ;キミデゲが ┌ゲキミェ ; ヮノ;ゲデキI マ┌ノデキヮノW ノラ;S I;ゲW aラヴマ┌ノ;デキラミΓく TエW マ;デエWマ;デキI;ノ ラヮデキマキゲ;デキラミ ヮヴラHノWマ キゲ ノキミW;ヴが ┘エキIエ Wミゲ┌ヴWゲ デエ;デ デエW ェノラH;ノ ラヮデキマ┌マ aラヴ デエW ェキ┗Wミ ヮヴラHノWマ I;ミ HW aラ┌ミSが ;ミS デエW ;┗;キノ;Hキノキデ┞ ラa WaaキIキWミデ ゲラノ┗Wヴゲ ;ノノラ┘ゲ ヮヴラHノWマゲ ┘キデエ マキノノキラミゲ ラa ヮラデWミデキ;ノ マWマHWヴゲ デラ HW ゲラノ┗WS キミ ゲWIラミSゲ ラミ ;ミ ラヴSキミ;ヴ┞ SWゲニデラヮ Iラマヮ┌デWヴく A P┞デエラミ ゲIヴキヮデ キマヮノWマWミデキミェ デエW ェヴラ┌ミS ゲデヴ┌Iデ┌ヴWどH;ゲWS ノ;┞ラ┌デ ラヮデキマキゲ;デキラミ マWデエラS キゲ aヴWWノ┞ ;┗;キノ;HノWヱヰく

(a) Design domain with loads and supports

(c) Potential members forming the ground structure

(b) Potential nodes

(d) Resulting optimised (minimum volume) layout

Fキェ┌ヴW ヶぎ Sデ;ェWゲ キミ デエW ミ┌マWヴキI;ノ ノ;┞ラ┌デ ラヮデキマキゲ;デキラミ マWデエラSく

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Α

C;ゲW ゲデ┌S┞ぎ H;ゲWマWミデ デヴ;ミゲaWヴ デヴ┌ゲゲ TエW I;ゲW ゲデ┌S┞ IラミIWヴミゲ デエW IラミIWヮデ SWゲキェミ ラa ; ゲデWWノ デヴ;ミゲaWヴ デヴ┌ゲゲ ヮヴラ┗キSキミェ ; ヵヰマ IノW;ヴ ゲヮ;ミ HWデ┘WWミ デエW ヴWデ;キミキミェ ┘;ノノゲ ラミ ラヮヮラゲキデW ゲキSWゲ ラa ; SWWヮ H;ゲWマWミデ ふFキェ┌ヴW ヱぶく Tエキゲ I;ヴヴキWゲ デエW ノラ;Sゲ aヴラマ ; ヵどゲデラヴW┞ H┌キノSキミェ ;ミS ; ェ;ヴSWミ ;デ ェヴラ┌ミS ノW┗Wノく Iデ ;ノゲラ ゲ┌ヮヮラヴデゲ ; ヮ;キヴ ラa ヵヰマ ゲヮ;ミ デヴ;ミゲ┗WヴゲW デヴ┌ゲゲWゲ ┘エキIエ ;ヮヮノ┞ ; ゲ┌Hゲデ;ミデキ;ノ ノラ;S ;デ デエW Hラデデラマ ラa デエW SWゲキェミ Sラマ;キミく TエW ヮWヴマキデデWS ゲデヴ┌Iデ┌ヴ;ノ SWヮデエ キゲ ヱヰマが Iラ┗Wヴキミェ デエヴWW ノW┗Wノゲ HWノラ┘ ェヴラ┌ミS aノララヴ ノW┗Wノく TエW キミデWヴマWSキ;デW aノララヴゲ I;ミ HW ┌ゲWS デラ ヮヴラ┗キSW ラ┌デどラaどヮノ;ミW Hヴ;Iキミェ ;ェ;キミゲデ H┌Iニノキミェ ラa デエW デヴ┌ゲゲ WノWマWミデゲく

Tエキゲ ヮヴラ┗キSWゲ ;ミ キSW;ノ ;ヮヮノキI;デキラミ aラヴ ラヮデキマキゲ;デキラミ マWデエラSゲく TエW IラマHキミ;デキラミ ラa ノラ;Sキミェ aヴラマ デエW デヴ;ミゲ┗WヴゲW デヴ┌ゲゲWゲ ;ミS デエW H┌キノSキミェ ;Hラ┗W ヮヴラ┗キSWゲ ; ゲヮWIキaキI ;ミS ┌ミ┌ゲ┌;ノ Iラミaキェ┌ヴ;デキラミが マW;ミキミェ デエ;デ デエW マキミキマ┌マ ┗ラノ┌マW ゲラノ┌デキラミ マ;┞ ミラデ HW a;マキノキ;ヴ ラヴ キママWSキ;デWノ┞ キミデ┌キデキ┗Wく Aノゲラが HWI;┌ゲW デエW H;ゲWマWミデ ノW┗Wノゲ デエヴラ┌ェエ ┘エキIエ デエW デヴ┌ゲゲ ヮ;ゲゲWゲ ;ヴW ヮヴキマ;ヴキノ┞ ヮノ;ミデ ;ミS けH;Iニ ラa エラ┌ゲWげ ゲヮ;IWゲが デエWヴW ;ヴW a;ヴ aW┘Wヴ Iラミゲデヴ;キミデゲ ラミ デエW ノラI;デキラミゲ ラa ゲデヴ┌Iデ┌ヴ;ノ マWマHWヴゲ デエ;ミ キミ マラヴW ┗キゲキHノW ;ヴW;ゲ ラa デエW ヮヴラテWIデ に ;ノデエラ┌ェエ デエW ;ヮヮヴラ;Iエ SWゲIヴキHWS キゲ Wケ┌;ノノ┞ ;ヮヮノキI;HノW デラ ;ヴHキデヴ;ヴ┞ SWゲキェミ Sラマ;キミゲく Fキミ;ノノ┞が デエW ゲデヴ┌Iデ┌ヴW キゲ デラ HW Iラミゲデヴ┌IデWS ┌ゲキミェ a;HヴキI;デWS エラノノラ┘ ゲケ┌;ヴW ゲWIデキラミゲが Iラミゲデヴ┌IデWS aヴラマ Sンヵヵ ゲデWWノ ヮノ;デWく

TエW LキマキデSデ;デWぎFORMヵ ゲラaデ┘;ヴW ┘;ゲ ┌ゲWS デラ ┌ミSWヴデ;ニW デエW ラヮデキマキゲ;デキラミ ゲデ┌S┞ SWゲIヴキHWSき デエキゲ キマヮノWマWミデゲ デエW ェヴラ┌ミS ゲデヴ┌Iデ┌ヴW H;ゲWS ノ;┞ラ┌デ ラヮデキマキ┣;デキラミ ヮヴラIWS┌ヴW SWゲIヴキHWS キミ デエW ヮヴW┗キラ┌ゲ ゲWIデキラミく TエW ゲラaデ┘;ヴW ;ノゲラ ;ノノラ┘ゲ SWaノWIデキラミ ノキマキデゲ デラ HW ゲヮWIキaキWS ;ミS キヴヴWェ┌ノ;ヴノ┞ ゲエ;ヮWS SWゲキェミ Sラマ;キミゲ デラ HW SWaキミWSが ;ゲ ┘Wノノ ;ゲ ヮWヴマキデデキミェ ゲラマW a┌ヴデエWヴ H;ゲキI ゲデヴ┌Iデ┌ヴ;ノ ;ミ;ノ┞ゲキゲ キミデWヴミ;ノノ┞ ;ミS ;ノノラ┘キミェ W┝ヮラヴデ デラ W┝デWヴミ;ノ ゲラaデ┘;ヴW ふWくェく O;ゲ┞ゲ GSAぶ デラ Wミ;HノW マラヴW SWデ;キノWS ;ミ;ノ┞ゲキゲ ;ミS SWゲキェミ デラ HW ┌ミSWヴデ;ニWミく

Fラヴ デエW ヮ┌ヴヮラゲWゲ ラa デエキゲ W┝ヮノラヴ;デラヴ┞ ゲデ┌S┞が デエW ヮWヴマキゲゲキHノW ゲデヴWミェデエ キミ IラマヮヴWゲゲキラミ ┘;ゲ ヴWS┌IWS デラ ;ヮヮヴラ┝キマ;デW デエW WaaWIデ ラa マWマHWヴ H┌Iニノキミェき デエW ┗;ノ┌W ラa ノキマキデキミェ IラマヮヴWゲゲキ┗W ゲデヴWミェデエ ┗;ヴキWS aヴラマ ΓヵХ ラa デエW ┞キWノS ゲデヴWミェデエ キミ デエW ゲエラヴデWゲデ マWマHWヴゲが デラ ┣Wヴラ キミ マWマHWヴゲ ┌ミヴWゲデヴ;キミWS aラヴ ラ┗Wヴ ヱΓマく Bラデエ ┌ミキaラヴマ ;ミS ヮ;デデWヴミ ノラ;Sキミェ ふ┘キデエ デエW デヴ;ミゲ┗WヴゲW デヴ┌ゲゲ ラミ ラミW ゲキSW ラミノ┞ a;IデラヴWS a;┗ラ┌ヴ;Hノ┞ぶ I;ゲWゲ ┘WヴW IラミゲキSWヴWSが ヴWゲ┌ノデキミェ キミ デエヴWW ノラ;S I;ゲWゲ キミ デエW ラヮデキマキゲ;デキラミ ヮヴラHノWマく

Uゲキミェ ノ;┞ラ┌デ ラヮデキマキゲ;デキラミ デエW ゲデヴ┌Iデ┌ヴW キゲ ┌ゲ┌;ノノ┞ マラSWノノWS ;ゲ ; ヮキミどテラキミデWS デヴ┌ゲゲき デエWヴWaラヴW ;ミ┞ ミラSW ┘エキIエ キゲ ミラデ ゲ┌ヮヮラヴデWS ラ┌デどラaどヮノ;ミW H┞ ; aノララヴ ヮノ;デW ラヴ ゲ┌ヮヮラヴデ ┘キノノ HW ┌ミヴWゲデヴ;キミWS ;ェ;キミゲデ H┌Iニノキミェく Iデ ┘ラ┌ノS HW ヮラゲゲキHノW デラ ヴWゲキゲデ デエキゲ aラヴマ ラa H┌Iニノキミェ H┞ ┌ゲキミェ ミラSWゲっテラキミデゲ ┘キデエ マラマWミデ I;ヮ;Iキデ┞く Hラ┘W┗Wヴが キミ ラヴSWヴ デラ Wミゲ┌ヴW ;ノノ SWゲキェミゲ ┘WヴW Iラマヮ;ヴ;HノWが キミ デエキゲ ゲデ┌S┞ テラキミデゲ ┘WヴW ヮWヴマキデデWS デラ ノキW ラミノ┞ ラミ aノララヴ ノW┗Wノゲ ;ミS ┌ヮ デエW ゲキSWゲ ラa デエW SWゲキェミ Sラマ;キミく

Aノデエラ┌ェエ SWaノWIデキラミゲ ;ヴW ラaデWミ IヴキデキI;ノ キミ デエW SWゲキェミ ノラミェ ゲヮ;ミ ゲデヴ┌Iデ┌ヴWゲが aラヴ ゲ;ニW ラa ゲキマヮノキIキデ┞ キミ デエW ヮヴWゲWミデ ゲデ┌S┞ ラミノ┞ デエW ┌ノデキマ;デW ノキマキデ ゲデ;デW ┘;ゲ IラミゲキSWヴWS キミキデキ;ノノ┞ ふキくWく ゲデヴWゲゲ Iラミゲデヴ;キミデゲぶく Hラ┘W┗Wヴが デエW Lキマキデゲデ;デWぎFORM ゲラaデ┘;ヴW I;ミ ;ノゲラ ;IIラ┌ミデ aラヴ SWaノWIデキラミゲが ;ミS デエ;デ SWaノWIデキラミ ェラ┗WヴミWS ヮヴラHノWマゲ ;Iデ┌;ノノ┞ ラaaWヴ ェヴW;デWヴ ヮラデWミデキ;ノ ゲ;┗キミェゲ ┘キデエ デエW ┌ゲW ラa ラヮデキマキゲ;デキラミ マWデエラSゲき デエキゲ キゲ SキゲI┌ゲゲWS ノ;デWヴ キミ デエW ;ヴデキIノWく

IミデWヴ;Iデキ┗W ヴ;デキラミ;ノキゲ;デキラミ ラa デエW ゲデヴ┌Iデ┌ヴW TエW LキマキデSデ;デWぎFORM ゲラaデ┘;ヴW ;ノノラ┘ゲ デエW WミェキミWWヴ デラ キミデWヴ;Iデキ┗Wノ┞ WSキデ ;ミ ラヮデキマキゲWS ゲラノ┌デキラミが aラヴ W┝;マヮノW デラ マ;ニW キデ W;ゲキWヴ デラ H┌キノSく Tエキゲ aラヴマゲ デエW ゲWIラミS ゲデWヮ ラa デエW デ┘ラ ゲデWヮ ヮヴラIWゲゲ ラ┌デノキミWS キミ aキェ┌ヴW ヴが キくWく マラ┗キミェ aヴラマ デエW ゲラノ┌デキラミ ラa デエW ゲキマヮノキaキWS ヮヴラHノWマ デラ ; SWゲキェミ デエ;デ キゲ ; aW;ゲキHノW ゲラノ┌デキラミ aラヴ デエW ヴW;ノど┘ラヴノS ヮヴラHノWマき ゲWW aキェ┌ヴW Αく

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Β

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Fキェ┌ヴW Αぎ TエW ヮヴラヮラゲWS デ┘ラ ゲデWヮ ヮヴラIWゲゲ ふ┘エWヴW ゲデWヮ ヲ マ;┞ キミ┗ラノ┗W ゲW┗Wヴ;ノ キデWヴ;デキラミゲぶく

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SデWヮ ヱぎ ISWミデキaキI;デキラミ ラa ェノラH;ノ ラヮデキマ┌マ aラヴ ゲキマヮノキaキWS ヮヴラHノWマ

N┌マWヴキI;ノ ェヴラ┌ミS ゲデヴ┌Iデ┌ヴWどH;ゲWS ノ;┞ラ┌デ ラヮデキマキゲ;デキラミ マWデエラS ┌ゲWS デラ aキミS マキミキマ┌マ ┗ラノ┌マWが IラミゲキSWヴキミェ ゲデヴWゲゲ ;ミS Wケ┌キノキHヴキ┌マ

SデWヮ ヲぎ Mラ┗W デラ キSWミデキa┞ ヮヴ;IデキI;ノ ゲラノ┌デキラミが ;ヮヮノキI;HノW デラ ヴW;ノど┘ラヴノS ヮヴラHノWマく

M;ミ┌;ノ ヴ;デキラミ;ノキゲ;デキラミ ┌ゲWS デラ デ;ニW ;IIラ┌ミデ ラa IラマヮノW┝キデ┞ Iラミゲデヴ;キミデゲが キミIノ┌Sキミェぎ

RWS┌Iキミェ ミ┌マHWヴ ラa マWマHWヴゲっミラSWゲ RWマラ┗キミェ IラマヮノW┝ テラキミデゲ ふミ┌マHWヴ ラaが ラヴ

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┌ミSWヴゲデ;ミS;HノW ノ;┞ラ┌デゲ

O┌デヮ┌デ aヴラマ ゲデWヮ ヱぎ

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Γ

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