Đang tải... (xem toàn văn)
Để đạt được sự cải thiện hiệu suất tìm kiếm giá trị tối ưu toàn cục, chiến lược tìm kiếm của DE gồm chiến lược lai tạo chéo, chiến lược lai tạo đột biến sẽ được sử dụng để tạo ra một chi
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHố HỒ CHÍ MINH ^0^ LÊ TIẾN LONG TỐI ƯU HÓA KÊT CÂU DÀN THÉP SỬ DỤNG THUẬT TOAN THONG MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2023 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH roQro LÊ TIẾN LONG TỐI ƯU HÓA KẾT CẤU DÀN THÉP SỬ DỤNG THUẬT TỐN THƠNG MINH Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã số chuyên ngành: 58 02 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT XÂY DỰNG Giảng viên hướng dẫn: TS LÊ THANH CƯỜNG TP HỒ CHÍ MINH, NĂM 2023 TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỞ CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH Độc lập – Tự – Hạnh phúc KHOA ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC GIẤY XÁC NHẬN Tôi tên là: Lê Tiến Long Ngày sinh: 12/08/1988 Nơi sinh: Đồng Nai Chuyên ngành: Kỹ thuật xây dựng Mã học viên: 1985802012007 Tôi đồng ý cung cấp tồn văn thơng tin luận văn tốt nghiệp hợp lệ quyền cho Thư viện trường đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh Thư viện trường đại học Mở Thành phố Hồ Chí Minh kết nối tồn văn thông tin luận văn tốt nghiệp vào hệ thống thông tin khoa học Sở Khoa học Công nghệ Thành phố Hồ Chí Minh Ký tên Lê Tiến Long CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc Ý KIẾN CHO PHÉP BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Giảng viên hướng dẫn: TS Lê Thanh Cường Học viên thực hiện: Lê Tiến Long Lớp: MCONO19A Ngày sinh: 12/8/1988 Nơi sinh: Đồng Nai Tên đề tài: Tối ưu hóa kết cấu dàn thép sử dụng thuật tốn thơng minh Ý kiến giáo viên hướng dẫn việc cho phép học viên: Lê Tiến Long bảo vệ luận văn trước Hội đồng: - Học viên Lê Tiến Long thực nghiên cứu “ Tối ưu hóa kết cấu dàn thép sử dụng thuật tốn thơng minh” hướng nghiên cứu nghiên cứu rộng rãi giới Mặc dù theo đuổi xu hướng đòi hỏi nhiều kiến thức liên quan đến toán xác suất ngẫu nhiên tư lập trình, học viên có nhiều cố gắng để hoàn thành luận văn đạt kết Luận văn giới thiệu cải tiến thuật toán tối ưu Kmeasn Optimizer dựa bước tìm kiếm thuật tốn DE Thuật tốn sau kiểm chứng hiệu việc giải 23 hàm số mẫu tối ưu dàn thép Các kết đạt độ tin cậy - Dựa kết đạt học viên đủ điều kiện để bảo vệ trước hội đồng Thành phố Hồ Chí Minh, ngày…… tháng …… năm 2023 Người nhận xét TS Lê Thanh Cường CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc LỜI CAM ĐOAN - Tên đề tài: Tối ưu hóa kết cấu dàn thép sử dụng thuật tốn thơng minh - Giáo viên hướng dẫn: TS Lê Thanh Cường - Học viên thực hiện: Lê Tiến Long - Mã học viên: 1985802012007 - Địa chỉ: xã Gia Canh, huyện Định Quán, tỉnh Đồng Nai - Số điện thoại: 0987.022.737 - Ngày nộp luận văn: - Lời cam đoan: Tôi xin cam đoan luận văn tơi nghiên cứu tính tốn kết nghiên cứu Tôi không chép viết cơng bố mà khơng trích dẫn nguồn gốc Nếu có phát vi phạm tơi chịu hồn tồn trách nhiệm Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng năm 2023 Người nhận Lê Tiến Long CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành đề tài luận văn kết thúc khóa học, với tình cảm chân thành, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc tới trường Đại học Mở TP HCM tạo điều kiện cho tơi có mơi trường học tập tốt suốt thời gian học tập, nghiên cứu trường Tôi xin gửi lời cảm ơn tới TS Lê Thanh Cường giúp đỡ tơi suốt q trình nghiên cứu trực tiếp hướng dẫn tơi hồn thành đề tài luận văn tốt nghiệp Đồng thời, tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn tới thầy cô Khoa đào tạo sau đại học Mở TP.HCM, bạn bè giúp đỡ, tạo điều kiện cho tơi suốt q trình học tập hoàn thành luận văn tốt nghiệp lần này! Xin trân trọng cảm ơn! Người viết Lê Tiến Long Tóm tắt luận văn Luận văn “Tối ưu hóa kết cấu dàn thép sử dụng thuật tốn thơng minh” tập trung vào việc áp dụng phương pháp tối ưu hóa để cải thiện trình thiết kế dàn thép Nghiên cứu đề xuất thuật toán tối ưu tảng hai thuật tốn cơng bố thuật tốn tiến hóa vi phân DE thuật tốn tối ưu dựa toán phân cụm K-means optimizer (KO) Để đạt cải thiện hiệu suất tìm kiếm giá trị tối ưu tồn cục, chiến lược tìm kiếm DE gồm chiến lược lai tạo chéo, chiến lược lai tạo đột biến sử dụng để tạo chiến lược tìm kiếm ngẫu nhiên thuật tốn KO Theo thuật tốn KO-DE có bốn chiến lược di chuyển thay ba chiến lược thuật tốn gốc Bởi ưu điểm của thuật tốn DE sử dụng, thuật toán KO-DE thể vượt trội so với thuật tốn tìm kiếm khác Sự hiệu thuật toán KO-DE chứng minh việc so sánh kết với thuật toán khác việc tìm kiếm giá trị tối ưu tồn cục 23 hàm số Tiếp theo, việc áp dụng thuật toán KO-DE để giải ba toán tối ưu dàn thép mẫu trình bày Phương pháp hàm phạt sử dụng để thiết lập điều kiện hạn chế tốn thiết kế, theo cơng thức ràng buộc tốn thiết kế dàn thép bao gồm ứng suất cho phép chuyển vị cho phép sử dụng để thiết lập hàm phạt Hàm phạt kết hợp với hàm tính tốn khối lượng để thiết lập hàm mục tiêu Quá trình tối ưu dàn thép thực thuật toán đề xuất KO-DE Các kết cho thấy thuật toán KO-DE đạt vượt trội so với thuật tốn khác hứa hẹn thuật toán tiềm để giải toán tối ưu khác nhiều lĩnh vực khác Tóm lại, nghiên cứu đưa giải pháp tối ưu cho toán thiết kế dàn thép, đóng góp vào việc cải thiện hiệu chất lượng trình thiết kế ngành xây dựng ABSTRACT The thesis "Optimizing steel truss structure using intelligent algorithms" focuses on applying optimization methods to improve the steel truss design process This study proposes a new optimization algorithm based on two published algorithms, the differential evolution algorithm DE and the optimization algorithm based on the clustering problem K-means optimizer (KO) To achieve the improvement of global optimal value search performance, DE search strategy including cross-breeding strategy, mutation-crossing strategy will be used to generate a random search strategy in the KO algorithm Accordingly, the KO-DE algorithm will have four move strategies instead of three as in the original algorithm Because the advantages of the DE algorithm have been used, the KO-DE algorithm has thus shown a superiority over other search algorithms The efficiency of the KO-DE algorithm is demonstrated by comparing the results with other algorithms in finding the global optimal value of 23 fundamental functions Next, the application of the KO-DE algorithm to solve three sample steel frame optimization problems will be presented The penalty function method is used to establish the limiting conditions of the design problem, whereby the constraints formulas of the steel truss design problem including allowable stress and allowable displacement will be used to set up a penalty function This penalty function will be combined with the mass calculation function to establish the objective function The steel truss optimization process will be performed by the KO-DE recommendation algorithm The results show that the KO-DE algorithm is superior to other algorithms and it promises to be a potential algorithm to solve other optimization problems in many different fields In summary, this study has provided an optimal solution to the steel truss design problem, contributing to improving the efficiency and quality of the design process in the construction industry MỤC LỤC CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Định nghĩa toán tối ưu thiết kế kết cấu thép 1.2 Thuật toán tối ưu – metaheuristic optimization algorithm 1.3 Những đóng góp luận văn CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 2.1 Sự phát triển thuật toán tối ưu 2.2 Bài toán thiết kế kết cấu sử dụng thuật toán tối ưu 11 CHƯƠNG 3: MỘT SỰ CẢI TIẾN CỦA THUẬT TOÁN KO DỰA TRÊN SỰ LAI TẠO CHIẾN LƯỢC DI CHUYỂN CỦA THUẬT TOÁN DE 15 3.1 Thuật toán Kmeans Optimizer (KO) 15 3.1.1 Q trình tạo khơng gian tìm kiếm sử dụng lý thuyết toán phân cụm 15 3.1.2 Sự cân khả khai thác (di chuyển đến khơng gian tìm kiếm tiềm năng) khả khám phá (mở rộng không gian tìm kiếm) thuật tốn KO 18 3.1.3 Chiến lược di chuyển theo hướng tiếp cận đến không gian tiềm 21 3.1.4 Chiến lược di chuyển theo hướng mở rộng phạm vi không gian tìm kiếm 26 3.1.5 Sơ đồ toán K-means Optimizer (KO) 28 3.2 Thuật tốn tiến hóa vi phân - Differential Evolution (DE) 30 3.2.1 Khởi tạo ban đầu thuật toán DE 31 3.2.2 Chiến lược lai tạo đột biến 31 3.2.3 Chiến lược lai tạo chéo 31 3.2.4 Quá trình lựa chọn tham lam 32 3.3 Sự cải tiến thuật toán KO dựa vào chiến lược lai tạo thuật toán DE 32 CHƯƠNG 4: VÍ DỤ SỐ 37 4.1 So sánh khả hội tụ thuật toán KO-DE với cá thuật toán khác 37 4.2 So sánh giá trị tối ưu tồn cục thuật tốn KO-DE so với thuật toán khác 45 CHƯƠNG 5: TỐI ƯU TIẾT DIỆN DÀN THÉP SỬ DỤNG THUẬT TOÁN KO-DE 49 5.1 Thiết lập hàm mục tiêu cho toán tối ưu kết cấu dàn thép 49 5.2 Ví dụ 1- tối ưu kết cấu cho dàn thép phẳng 10 50 5.3 Ví dụ 2- tối ưu kết cấu cho dàn thép không gian 25 52 5.4 Ví dụ 3- tối ưu kết cấu cho dàn thép không gian 72 56 CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 59 6.1 Kết luận 59 6.2 Những hạn chế luận văn 59 6.3 Hướng phát triển nội dung liên quan đến luận văn 60