This study describes the development of a new type of hollow concrete masonry block unit in order to minimize its weight based on topological optimization and design of experiments (DOE) This key factor is the most important parameter in human and robotic block handling in masonry construction, due to the traditionally heavy weight of the blocks. With this aim, it was necessary to use the finite element method (FEM) to calculate the compressive resistance of the different concrete block designs and then to choose the optimum hollow block from the handling and structural points of view. The nonlinearity in this problem is due to the material behaviour of the concrete. In this way a combined mathematical model (Drucker–Praguer and Willam–Warnke material models) for concrete was implemented and solved using the FEM. The numerical results of the candidate blocks give rise to new solutions in masonry construction through the adequate redesign of the blocks. These new block designs are lighter, keeping the structural resistance and improving the block handling. Finally, conclusions of the study are given

چکیده

این مطالعه توسعه ی نوع  جدید بلوک های بنایی بتنی توخالی  را به منظور حد اقل کردن وزن آن بر اساس بهینه سازی وابسته به مکان شناسی و طراحی آزمایش ها شرح میدهد.این عامل کلیدی مهمترین مولفه ی درزمینه ی کاربرد آسان بلوک های بنایی توسط انسان و ربات در ساخت و ساز های بنایی، به دلیل بطور سنتی سنگین وزن بودن آن است.با این هدف ،ضروری بود که روش  المان محدود، بمنظور محاسبه ی مقاومت فشاری طراحی های متفاوت بلوک های بتنی و سپس انتخاب کردن بلوک تو خالی بهینه از نقطه نظر سازه و آسانی کار برد بکار رود.غیر خطی بودن این مساله به دلیل رفتارمصالح بتن می باشد.با این روش ، یک مدل ریاضی مرکب (مدل مواد "دراکر –پراگر" و " ویلیام و وارنک") برای بتن بکار گرفته شد و با استفاده از المان محدود حل گردید.نتایج عددی بلوک های نمونه در اثر استفاده از راه حل جدید بواسطه ی مقاومت کافی بلوک ها برای ساخت و ساز بنایی افزایش یافت.این بلوک های با طراحی جدید سبکتر هستند و مقاومت سازه ای را حفظ می کنند و کارآیی آن ها افزایش یافته است.نهایتا نتایج این تحقیق، آورده شده است.

1-مقدمه

گام کلیدی  در تحلیل مهندسی عبارت است از انتخاب مدل ریاضی مناسب.این مدل ها به روشنی بر اساس اینکه چه پدیده ای قرار است که پیش بینی شود انتخاب خواهند شد، و این بسیار مهم است که مدل­های ریاضی انتخاب شوند که در پیش بینی کمیّت­های مطلوب موثرو قابل اطمینان هستند.مدل المان محدود بمنظور حل کردن مسائل فیزیکی در تحلیل­ها و طراحی­های مهندسی بکارمیرود.تحلیل المان محدود این  مدل ریاضی را حل میکند. با توجه به اینکه راه  حل المان محدود یک  روند عددی است، ضروریست که دقت روش ارزیابی بشود.چنانچه معیار های دقت تامین نشود،راه حل عددی المان محدود باید با پارامتر های اصلاح شده ی راه حل از جمله شبکه ی ریزتر تکرار بشود، تا جایی که یک درجه ی کافی از دقت در نتایج حاصل گردد.این هدف در تحقیق حاضر با موفقیت حاصل شده است...