Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1. TỔNG QUAN Hình 1.1: Quy trình thiết kế tàu Như chúng ta đã biết tàu thủy là công trình kỹ thuật phức tạp bao gồm ba hệ thống chính là động cơ, vỏ tàu và chân vịt, trong đó phần vỏ tàu với kết cấu bên trong có nhiệm vụ quan trọng đảm bảo độ cứng vững cho con t àu.Thiết kế kết cấu thân tàu là một trong những bài toán quan trọng trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật của quá trình thiết kế tàu thuỷ. Thiết kế kết cấu nhằm mục đích xác định kích thước, h ình dáng, mối liên kết giữa các kết cấu…để có thể tạo Nhiệm vụ thư thiết kế Thiết kế thi công Thiết kế công nghệ đóng Thiết kế sơ bộ Thiết kế kỹ thuật nên một hệ thống kết cấu đảm bảo đủ bền và ổn định dưới tác động của các ngoại lực. Hiện nay, có nhiều phương pháp thiết kế kết cấu tàu khác nhau như: Thiết kế theo Quy phạm, thiết kế bằng tính toán lý thuyết v.v Nhưng phổ biến nhất là thiết kế kết cấu thân tàu theo các yêu c ầu của Quy phạm. Phương pháp này cho phép người thiết kế tính chọn toàn bộ kết cấu tàu đang xét mà không cần phải thực hiện mô hình hoá kết cấu hoặc giải những bài toán cơ học kết cấu phức tạp. Việc lựa chọn được thuật toán để ứng dụng lập trình chương trình tính toán kết cấu tàu nhằm đơn giản quá trình tính toán, đạt được kích thước kết cấu tối ưu mong muốn và thỏa mãn các yêu c ầu của Quy phạm đang được quan tâm. Các công thức tính kết cấu trong Quy phạm được xây dựng dựa trên cở sở lý thuyết về độ bền, tuy nhiên trong quá trình xây d ựng công thức, Quy phạm còn đưa vào những hệ số để hiệu chỉnh công thức về dạng phù hợp với thực tế sử dụng tàu. Cần lưu ý rằng các yêu cầu của Quy phạm thật nghiêm ngặt song nó cũng tồn tại hạn chế như chưa phản ánh đầy đủ các điều kiện của môi trường thiên nhiên và con người hoạt động trong đó n ên gây sự tốn kém về vật liệu, công sức thực hiện, không đảm bảo tính kinh tế vì bản thân kết cấu chưa phải ở dạng tối ưu. Việc nghiên cứu và ứng dụng thuật toán vào lập trình tính kết cấu để khắc phục hạn chế của công tác tính kết cấu theo Quy phạm nhằm đưa ra đựợc kết cấu thân tàu ở dạng tối ưu, đủ bền đồng thời thỏa mãn tính kinh tế là mong muốn của những người làm công tác thi ết kế. Từ những phân tích trên, em được giao thực hiện đề tài: “Phân tích và lựa chọn thuật toán thiết kế kết cấu tàu vỏ thép theo yêu cầu của Quy phạm Việt nam”. Với mục tiêu lựa chọn được thuật toán thiết kế kết cấu tàu vỏ thép thỏa yêu cầu của Quy phạm Việt Nam và định hướng lập trình chương trình tính kết cấu như một giải pháp khắc phục hạn chế của công tác thiết kế hiện nay và nâng cao hiệu quả thiết kế kết cấu theo Quy phạm. 1.2. TÌM HIỂU KHÁI QUÁT VỀ THUẬT TOÁN 1.2.1. Khái niệm thuật toán Chúng ta đã làm quen với khái niệm về thuật toán trong giáo trình toán học và các giáo trình khác như thuật toán giải phương trình bậc hai, hệ phưong trình. Ví dụ như thuật toán giải phương trình bậc nhất: P(x): ax + b = c (a, b, c là các số thực) trong tập hợp các số thực có thể là một bộ các bước giải như sau: Bước 1: nếu a = 0 - b = c thì P(x) có nghiệm bất kì - b # c thì P(x) vô nghi ệm Bước 2: nếu a # 0 th ì P(x) có duy nhất một nghiệm x = (c- b)/a Có nhiều quan điểm về thuật toán, nôm na thuật toán là một thủ tục tính toán được định nghĩa kỹ, sử dụng một giá trị hoặc một tập hợp giá trị nào đó làm đầu vào và cho ra một giá trị hoặc tập hợp giá trị nào đó làm kết xuất. Do đó, một thuật toán là một trình t ự các bước tính toán biến đổi đầu vào thành kết xuất. Cũng có thể xem một thuật toán như một công cụ để giải quyết một bài toán thật cụ thể. Phát biểu của bài toán sẽ chỉ định tổng quát mối quan hệ nhập/xuất cần thiết. Thuật toán mô tả một thủ tục tính toán cụ thể để đạt được mối quan hệ nhập/xuất đó. Khái niệm thuật toán đầu tiên do nhà toán học Ả Rập Kharezmi nêu ra từ cuối thế kỷ thứ 8 đầu thế kỷ thứ 9 khi đưa ra các quy tắc đầu tiên về tính số học. Con người với các hoạt động của m ình thường phải sử dụng những thuật toán để giải quyết các công việc cụ thể. Bất kỳ một hình thức lao động chân tay nào cũng gồm một số thao tác cụ thể theo một trật tự nhất định, ta gọi lao động chân tay là hoạt động theo thuật toán. Tóm lại có thể nói thuật toán hay còn gọi là thuật giải là một tập hợp hữu hạn các chỉ thị hay các phương cách được định nghĩa rõ ràng cho việc hoàn tất một sự việc từ một trạng thái ban đầu cho trước, khi các chỉ thị này được áp dụng triệt để thì sẽ dẫn đến kết quả sau cùng đã dự đoán. Nói cách khác, thuật toán là một bộ các quy tắc hay quy trình cụ thể nhằm giải quyết một vấn đề trong một số bước hữu hạn, nhằm cung cấp một kết quả từ một tập hợp của các dữ kiện đưa vào. Lưu ý: Khi một thuật toán đã hình thành thì ta không xét đến việc chứng minh thuật toán đó mà chỉ chú trọng đến việc áp dụng các bước theo sự hướng dẫn sẽ có kết quả đúng. Việc chứng minh tính đúng và tính đầy đủ của các thuật toán phải đựơc tiến h ành xong trước khi có thuật toán. Nói rõ hơn, thuật toán có thể chỉ là vi ệc áp dụng các công thức hay quy tắc, quy trình đã được công nhận là đúng hay đã được chứng minh về mặt toán học. 1.2.2. Những đặc trưng cơ bản của thuật toán - Tính chính xác: Để đảm bảo kết quả tính hay các thao tác mà máy tính th ực hiện được là chính xác. - Tính t ổng quát: Thuật toán không đề cập chỉ một bài toán riêng l ẻ mà bao hàm một lớp bài toán cùng một kiểu, có đầu vào tương tự nhau. - Có giới hạn: Thuật toán phải gồm một số hữu hạn các bước tính toán, quá trình biến đổi từ thông tin ban đầu đến kết quả cuối cùng qua m ột số giới hạn các biến đổi. - Tính duy nhất: Toàn bộ quá trình biến đổi, cũng như trật tự thực hiện phải được xác định là duy nhất. Như vậy khi dùng thuật toán cùng một thông tin ban đầu phải cho cùng một kết quả. Thuật toán ở mỗi giai đoạn phải nêu chính xác các bước tiếp theo, có nghĩa là th ứ tự thực hiện, các thao tác và quyết định phải được quy định rõ ràng. - Tính rõ ràng: Thuật toán phải được thể hiện bằng các câu lệnh minh bạch, các câu lệnh được sắp xếp theo một thứ tự nhất định. . lựa chọn thuật toán thiết kế kết cấu tàu vỏ thép theo yêu cầu của Quy phạm Việt nam”. Với mục tiêu lựa chọn được thuật toán thiết kế kết cấu tàu vỏ thép thỏa yêu cầu của Quy phạm Việt Nam và. Thiết kế theo Quy phạm, thiết kế bằng tính toán lý thuyết v.v Nhưng phổ biến nhất là thiết kế kết cấu thân tàu theo các yêu c ầu của Quy phạm. Phương pháp này cho phép người thiết kế tính chọn. thân kết cấu chưa phải ở dạng tối ưu. Việc nghiên cứu và ứng dụng thuật toán vào lập trình tính kết cấu để khắc phục hạn chế của công tác tính kết cấu theo Quy phạm nhằm đưa ra đựợc kết cấu