Thiết kế tối ưu bê tông nhựa
ĐH GTVT --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Phần I : Thiết kế tối uTên bài toán : Thiết kế tối u thành phần cấp phối hạt của bê tông nhựa hạt trung vừa đá dăm theo tiêu chuẩn Việt Nam.I- Mô tả nội dung kỹ thuật : Thành phần cấp phối hạt của bê tông nhựa ảnh hởng rất lớn đến tính chất của nó. Để đảm bảo các tính chất cần thiết của bê tông nhựa làm mặt đờng ôtô khi thiết kế cấp phối hạt cần đảm bảo các quy định của tiêu chuẩn ngành. Theo tiêu chuẩn này khi thiết kế cấp phối hạt của bê tông nhựa các cỡ hạt phải nằm trong giới hạn trên và dới của từng cỡ hạt theo hàm lợng lọt sàng. Đờng cong giới hạn đó gọi là giới hạn cấp phối tiêu chuẩn. Nh vậy sẽ có rất nhiều cách lựa chọn khác nhau để thành phần cấp phối nằm trong miền giới hạn cho phép này. Nhng muốn đạt đợc thành phần cấp phối tối u thì cách lựa chọn lại chỉ có một. Có thể coi rằng cấp phối hạt có đờng cong cấp phối nằm gần trung tâm của các phạm vi cấp phối chuẩn là cấp phối hạt tối u. BàI toán này nhằm tìm cấp phối hạt bê tông nhựa tối u theo ý nghĩa đó. II- Mô tả bài toán thiết kế tối u:1- Hàm mục tiêu: Mục tiêu của bài toán nh trên đã trình bày là chọn ra cấp phối hạt dùng làm bê tông nhựa có đờng biểu diễn cấp phối gần trung tâm nhất của miền cấp phối chuẩn cho phép. Nh vậy các biến cần tìm là các giá trị khối lợng tính bằng % của 10 cỡ hạt qui định trong tiêu chuẩn đánh dấu là CS1,CS2,. . . CS10 (%) (tơng ứng với các cỡ sàng 20, 15, 10, 5, 2.5, 1.25, 0.63, 0.315, 0.14, 0.071 mm ).1 ĐH GTVT --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Cỡ sàng20 15 10 5 2.5 1.25 0.630.315 0.14 0.071Cận trên % lọt100 85 70 50 38 28 20 15 11 10Trung tâm % lọt97.5 81.5 64 42.5 31 22.5 16 12 8.5 7Cận dới % lọt95 78 58 35 24 17 12 9 6 4Trong bài toán này số nhóm (chủng loại cốt liệu đa vào là 4) vật liệu là 4: đá 2x4, đá1x2, cát, bột khoáng. Thông qua đại lợng này ta tính đợc các giá trị CSi tơng ứng. Mục tiêu ở đây là tìm ra các giá trị của biến CSi sao cho chúng gần với trung tâm nhất. Từ đó ta có hàm mục tiêu :Do vậy các tham số là 4 đại lợng: đá 2x4, đá1x2, cát, bột khoáng.Với các bớc dừng khi tìm kiếm là 1% áp dụng cho cả bốn đại lợng.Các hàm ràng buộc:a- Hàm tổng số phần trăm 100 % = (%Đá 2x4) + (%Đá 1x2)+(% cát) + (Cát + Bột khoáng ) = = F1(CS1,CS2. . .CS10)b- Các biến CSi phải thoả mãn hệ bất phơng trình:(100>=CS1>=95) ; (85>=CS2>=78) ; (70>=CS3>=58) ; (50>=CS4>=35) ; (38>=CS5>=24);(28>=CS6>=17) ; (20>=CS7>=12) ;(15>=CS8>=9) ;(11>=CS9>=6) ; (10>=CS10>=4).III- Lựa chọn phơng pháp giải:Đối với bài toán này ta nên sử dụng phơng pháp giải là thử nghiệm độc lập.Lý do để chọn phơng pháp này vì nó tiện cho việc sử dụng ngôn ngữ lập trình, nó có thể cho đáp số với sai số mong muốn .Phơng pháp này có khuyết điểm là thời gian tính toán lâu cụ thể đối với bài toán này thời gian tính toán khoảng 2 giây cho máy tính (đã sắp xếp trình tự ràng buộc theo thứ tự giảm dần).VI- Trình tự tính toán 2)107 .25.8115.97min( CSCSCSF ++= ĐH GTVT --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------1- Nhập số liệu : Nhập các giá trị phần trăm lọt qua sàng với từng cỡ sàng theo qui định của từng nhóm vật liệu tham gia thiết kế.2- Sử dụng ràng buộc tổng phần trăm để tìm đợc những bộ số đá 2x4, đá1x2, cát, bột có tổng % bằng 100. Đây là điều kiện ràng buộc đợc đặt trớc tiên để loại hầu hết các miền không liên quan. 3- Tính các giá trị CSi thông qua dữ liệu đầu vào và các bộ số mới tính đợc qua đIều kiện ràng buộc lần thứ nhất.4- Kiểm tra điều kiện ràng buộc b (điều kiện về thoả mãn hệ bất phơng trình) bằng cách dùng các biểu thức lôgic.5- áp các giá trị vào hàm mục tiêu để tìm nghiệm thoả mãn (sử dụng thuật toán tìm cửc trị của dãy số).6- In kết qua ra màn hình .V- Sơ đồ khối của chơng trình : (trang sau)VI: Hớng dẫn sử dụng chơng trình :1- Nhập số liệu : Số liệu đa vào chơng trình đợc nhập trực tiếp từ bàn phím, là lợng lọt qua sàng (%) tơng ứng với từng cỡ sàng theo từng nhóm vật liệu.2- Phần còn lại chơng trình sẽ hớng dẫn từng bớc cho ngời sử dụng. Sơ đồ khối3Nhập số liệuThực hiện điều kiện ràng buộc thứ nhấtKiểm tra điều kiện ràng buộc b Tính hàm mục tiêu và tìm giá trị nhỏ nhấtIn kết quảKết thúcsaiđúng ĐH GTVT --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------VI-Phần lập trìnhPROGRAM Hat_vua_nhieu_da_dam;{*******4thanh phan*******************}uses crt;varda2x4,da1x2,damat,cat,bk:array [1 11] of real;t,ttg:array [1 11] of real;D1,D2,M,C,bot,z,X,Y,ok,d1tg,d2tg,bottg: integer;i,o,k,l,n,j,h,q,r,s,u:integer; a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,a8,a9,a10,a11:real;4đúngđúng §H GTVT --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------b1,b2,b3,b4,b5,b6,b7,b8,b9,b10,b11,tong,tongtg,l1,l2,l3,l4,l5,l6,l7,l8,l9,l10:real;BEGINclrscr; writeln ( '************* BE TONG NHUA HAT VUA NHIEU DA DAM LOAI A*********'); writeln (' Nguoi Thuc Hien : Tran Phuong Mai '); writeln(' lop xay dung cong trinh giao thong khoa 10 '); repeat writeln('Nhap luong lot cho moi thanh phan voi tung co sang'); write('da2x4[20]= ');read (da2x4[1]); write('da2x4[15]= ');read (da2x4[2]); write('da2x4[10]= ');read (da2x4[3]); write('da2x4[5]= ');read (da2x4[4]); write('da2x4[2.5]= ');read (da2x4[5]); write('da2x4[1.25]= ');read (da2x4[6]); write('da2x4[0.63]= ');read (da2x4[7]); write('da2x4[0.315]= ');read (da2x4[8]); write('da2x4[0.14]= ');read (da2x4[9]); write('da2x4[0.071]= ');read (da2x4[10]); write('Ban co muon sua doi so lieu khong ?(khong:7,co :8)'); readln(ok); until (ok=7) ;repeat write('da1x2[20]= ');read (da1x2[1]); write('da1x2[15]= ');read (da1x2[2]); write('da1x2[10]= ');read (da1x2[3]); write('da1x2[5]= ');read (da1x2[4]); write('da1x2[2.5]= ');read (da1x2[5]); write('da1x2[1.25]= ');read (da1x2[6]); write('da1x2[0.63]= ');read (da1x2[7]); write('da1x2[0.315]= ');read (da1x2[8]); write('da1x2[0.14]= ');read (da1x2[9]); write('da1x2[0.071]= ');read (da1x2[10]); write('Ban co muon sua doi so lieu khong ?(khong:7,co :8)'); readln(ok); until (ok=7) ; repeat write('cat[20]= ');read (cat[1]) ; write('cat[15]= ');read (cat[2]); write('cat[10]= '); read (cat[3]);write('cat[5]= ');read (cat[4]); write('cat[2.5]= '); read (cat[5]);write('cat[1.25]= ');read (cat[6]); write('cat[0.63]= '); read (cat[7]); write('cat[0.315]= ');read (cat[8]); write('cat[0.14]= '); read (cat[9]);write('cat[0.071]= '); read (cat[10]); ; write('Ban co muon sua doi so lieu khong ?(khong:7,co :8)'); readln(ok); until (ok=7) ; repeat write('botkhoang[20]= ');read (bK[1]); write('botkhoang[15]= ');read (bK[2]); write('botkhoang[10]= '); read (bK[3]);write('botkhoang[5]= ');read (bK[4]); write('botkhoang[2.5]= '); read (bK[5]);write('botkhoang[1.25]= ');read (bK[6]); write('botkhoang[0.63]= '); read (bK[7]); write('botkhoang[0.315]= ');read (bK[8]); write('botkhoang[0.14]= '); read (bK[9]);write('botkhoang[0.071]= '); read (bK[10]); ; write('Ban co muon sua doi so lieu khong ?(khong:7,co :8)');5 §H GTVT -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- readln(ok); until (ok=7) ; tongtg:=1000; for bot:=1 to 30 do for c:=1 to 40 do for d2:=5 to 60 do for d1:=10 to 60 do begin z:= d1+d2+c+bot ; if z= 100 then begin a1:=(d1*da2x4[1])/100+(d2*da1x2[1])/100;b1:=(c*cat[1]+bot*bk[1])/100; a2:=(d1*da2x4[2]+d2*da1x2[2])/100;b2:=(c*cat[2]+bot*bk[2])/100; a3:=(d1*da2x4[3]+d2*da1x2[3])/100;b3:=(c*cat[3]+bot*bk[3])/100; a4:=(d1*da2x4[4]+d2*da1x2[4])/100;b4:=(c*cat[4]+bot*bk[4])/100; a5:=(d1*da2x4[5]+d2*da1x2[5])/100;b5:=(c*cat[5]+bot*bk[5])/100; a6:=(d1*da2x4[6]+d2*da1x2[6])/100;b6:=(c*cat[6]+bot*bk[6])/100; a7:=(d1*da2x4[7]+d2*da1x2[7])/100;b7:=(c*cat[7]+bot*bk[7])/100; a8:=(d1*da2x4[8]+d2*da1x2[8])/100;b8:=(c*cat[8]+bot*bk[8])/100; a9:=(d1*da2x4[9]+d2*da1x2[9])/100;b9:=(c*cat[9]+bot*bk[9])/100; a10:=(d1*da2x4[10]+d2*da1x2[10])/100;b10:=(c*cat[10]+bot*bk[10])/100; t[1]:= a1+b1; t[2]:= a2+b2; t[3]:= a3+b3; t[4]:= a4+b4; t[5]:= a5+b5; t[6]:= a6+b6; t[7]:= a7+b7; t[8]:= a8+b8; t[9]:= a9+b9; t[10]:= a10+b10; if (94<=t[1]) and (t[1]<=100)and (77<=t[2]) and (t[2]<=86) and (57<=t[3]) and (t[3]<=71) and (34<=t[4]) and (t[4]<=51) and (23<=t[5]) and (t[5]<=39) and (16<=t[6]) and (t[6]<=29) and (11<=t[7]) and (t[7]<=21) and (8<=t[8]) and (t[8]<=16) and (5<=t[9]) and (t[9]<=12) and (3<=t[10]) and (t[10]<=11) then tongtg:=tong; ttg[1]:=t[1];ttg[2]:=t[2];ttg[3]:=t[3];ttg[4]:=t[4];ttg[5]:=t[5];ttg[6]:=t[6]; ttg[7]:=t[7];ttg[8]:=t[8];ttg[9]:=t[9];ttg[10]:=t[10]; d1tg:=d1;d2tg:=d2;bottg:=bot; CLRSCR; X:=5;Y:=3;GOTOXY(X+20,Y); WRITELN(' ********** ') ;GOTOXY(X+9,Y+3); WRITE (' THANH PHAN BE TONG NHUA THIET KE');GOTOXY(X+15,Y+6) ; write('CO SANG [20]=',ttg[1]:3:2); GOTOXY(X+40,Y+6); write('95 - 100');6 ĐH GTVT --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------GOTOXY(X+15,Y+7); write('CO SANG [15]=',ttg[2]:3:2); GOTOXY(X+40,Y+7); write('78 - 85');GOTOXY(X+15,Y+8); write('CO SANG [10]=',ttg[3]:3:2); GOTOXY(X+40,Y+8); write('60 - 70');GOTOXY(X+15,Y+9) ; write('CO SANG [5]=',ttg[4]:3:2); GOTOXY(X+40,Y+9); write('35 - 50');GOTOXY(X+15,Y+10); write('CO SANG [2.5]=',ttg[5]:3:2);GOTOXY(X+40,Y+10); write('24 - 38');GOTOXY(X+15,Y+11); write('CO SANG [1.25]=',ttg[6]:3:2);GOTOXY(X+40,Y+11); write('17 - 28');GOTOXY(X+15,Y+12); write('CO SANG [0.63]=',ttg[7]:3:2);GOTOXY(X+40,Y+12); write('12 - 20');GOTOXY(X+15,Y+13); write('CO SANG [0.315]=',ttg[8]:3:2);GOTOXY(X+41,Y+13); write(' 9 - 15');GOTOXY(X+15,Y+14); write('CO SANG [0.14]=',ttg[9]:3:2);GOTOXY(X+41,Y+14); write(' 6 - 11');GOTOXY(X+15,Y+15); write('CO SANG [0.071]=',ttg[10]:3:2);GOTOXY(X+40,Y+15);write(' 4 - 10');GOTOXY(X+15,Y+17); write('%Da to=',d1tg);GOTOXY(X+17,Y+18); write('%Da nho=',d2tg);GOTOXY(X+17,Y+19); write('%Cat=',c);GOTOXY(X+18,Y+20); writeln('%Bot khoang=',bottg);readln; end; end; write('ket thuc !'); readln; END.VII - Ví dụ tính toán :Số liệu đầu vào là thành phần cấp phối lấy tại mỏ đá:Vật liệuLợng lọt sàng (%)20 15 10 5 2.5 1.25 0.63 0.315 0.14 0.071Đá2x4100 62.01 31.87 7.7 2.99 1.11 0.64 0 0 07 ĐH GTVT --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Đá1x2100 100 10058.1 32.2 8.8 2.5 1.25 0 0Cát10096.2 89.2 79.1 69.6 57 35.1 20.6 2.05 0.4Bột100 100 100 100 100 100 10089.4 76.5 66.4Kết quả :********** THANH PHAN BE TONG NHUA THIET KE CO SANG [20]=100.00 95 - 100 CO SANG [15]=81.50 78 - 85 CO SANG [10]=66.28 60 - 70 CO SANG [5]=41.97 35 - 50 CO SANG [2.5]=31.25 24 - 38 CO SANG [1.25]=21.80 17 - 28 CO SANG [0.63]=16.58 12 - 20 CO SANG [0.315]=12.61 9 - 15 CO SANG [0.14]=7.92 6 - 11 CO SANG [0.071]=6.76 4 - 10 % Da to=47 % Da nho=27 % Cat=16 % Bot khoang=10ket thuc !Phần II : Phát minh sáng chếVí dụ: Tôi chọn 01 máy bay. Các thuật toán sáng chế đợc áp dụng gồm:1. Thuật toán phân nhỏ: 1 máy bay gồm rất nhiều bộ phận nh : Động cơ, các bộ phận truyền lực, phanh, khung máy bay, điều hoà nhiệt độ, bộ phận giảm tiếng ồn, giảm xóc v.v . . .2. Thuật toán tách khỏi: Khí thải của máy bay8 ĐH GTVT --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------3. Thuật toán phẩm chất cục bộTrong một chiếc máy bay gồm nhiều bộ phận có chất lợng khác nhau, yêu cầu về mặt kỹ thuật, chất lợng cao nh động cơ, phanh, bộ phận chống ồn, nhng cũng có những bộ phận có chất lợng, kỹ thuật thấp hơn nh bánh xe, ghế 4. Thuật toán kết hợp: Trong máy bay có điều hoà nhiệt độ, bếp ăn, toilet, v.v .5. Thuật toán lồng ghép : Trong máy bay có bộ phận giảm xóc của ghế, dây an toàn của ghế . . . 6.Thuật toán dự phòng : Trong máy bay có bình cứu hoả, dù . . . 7. Thuật toán cầu hoá : Cấu tạo vòng bi trong máy bay, khớp quay của cần số8. Thuật toán tự phục vụ : Bình đựng nhiên liệu ở cao hơn động cơ 9 . --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------Phần I : Thiết kế tối uTên bài toán : Thiết kế tối u thành phần cấp phối hạt của bê tông nhựa hạt trung vừa đá dăm theo tiêu. phối hạt của bê tông nhựa ảnh hởng rất lớn đến tính chất của nó. Để đảm bảo các tính chất cần thiết của bê tông nhựa làm mặt đờng ôtô khi thiết kế cấp phối