Truss Structure Optimization Using the Portia Spider Algorithm: A Bio-inspired Approach

Dieses Kapitel untersucht die Optimierung von Fachwerkstrukturen mithilfe eines neuartigen, bioinspirierten Algorithmus, der vom Jagdverhalten der Portia-Spinne inspiriert ist. Die Studie konzentriert sich auf Probleme bei der Fachwerkgröße mit kontinuierlichen Variablen und Beschränkungen, die darauf abzielen, das strukturelle Gewicht zu minimieren und gleichzeitig Festigkeits- und Stabilitätsanforderungen zu erfüllen. Der Portia-Spinnenalgorithmus (PSA) wird eingeführt, der einen zweiphasigen Suchmechanismus enthält, um Exploration und Ausbeutung effektiv in Einklang zu bringen. Die Leistungsfähigkeit des Algorithmus wird durch rechnerische Experimente mit dem Standard-Richtwert für 25-bar-Fachwerke bewertet, was seine Fähigkeit demonstriert, hochpräzise und rechnerisch effiziente Lösungen zu erzielen. Die Ergebnisse zeigen, dass PSA durchgängig Ergebnisse erzielt, die vergleichbar oder besser sind als etablierte Algorithmen wie der Grauwolf-Optimierer (GWO), der Aasgeier-Optimierungsalgorithmus (AVOA) und der Berggazellen-Optimierer (MGO), während die Anzahl der für die Konvergenz erforderlichen Funktionsbewertungen deutlich reduziert wird. Die Studie unterstreicht die Robustheit und Effizienz von PSA bei der Lösung komplexer Probleme bei der Fachwerkoptimierung und macht es zu einem vielversprechenden Werkzeug für die Strukturoptimierung im Bauwesen. Künftige Forschungsrichtungen umfassen die Ausweitung der PSA auf große und multiobjektive Probleme und ihre Integration in maschinelle Lernmodelle zur Verbesserung der Anpassungsfähigkeit.