Sử dụng thuật giải di truyền tính toán tối ưu trọng lượng tháp thép dạng dàn (tt)

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGUYỄN TRỌNG TUYỂN SỬ DỤNG THUẬT GIẢI DI TRUYỀN TÍNH TỐN TỐI ƯU TRỌNG LƯỢNG THÁP THÉP DẠNG DÀN LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT XÂY DỰNG CƠNG TRÌNH DÂN DỤNG VÀ CƠNG NGHIỆP HÀ NỘI - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI NGUYỄN TRỌNG TUYỂN kho¸: 2016-2018 SỬ DỤNG THUẬT GIẢI DI TRUYỀN TÍNH TỐN TỐI ƯU TRỌNG LƯỢNG THÁP THÉP DẠNG DÀN LUẬN VĂN THẠC SỸ Chun ngành: Kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng công nghiệp Mã số: 60.58.02.08 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHẠM THANH HÙNG HÀ NỘI – 2018 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG, BIỂU PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Cấu trúc luận văn PHẦN II NỘI DUNG LUẬN VĂN CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Các vấn đề tối ưu 1.1.1 Sự phát triển, phương pháp lập giải toán tối ưu hoá kết cấu 1.1.2 Khái niệm tốn tối ưu hóa kết cấu 1.1.3 Phân loại toán tối ưu hóa kết cấu theo biến thiết kế hàm mục tiêu 1.1.4 Các phương pháp giải toán tối ưu kết cấu 1.2 Tổng quan thuật giải di truyền 11 1.2.1 Thuật giải di truyền 11 1.2.2 Lịch sử phát triển 11 1.2.3 Các tính chất đặc thù thuật giải di truyền 14 1.2.4 Các bước quan trọng việc áp dụng thuật giải di truyền 14 1.2.5 Các nguyên tắc thuật giải di truyền 15 1.2.6 Đặc điểm quan trọng thuật giải di truyền 17 1.2.7 Các thuật ngữ sử dụng thành phần cấu thành thuật giải di truyền 18 1.3 Tổng quan tháp thép dạng dàn 20 1.4 Tiêu chuẩn Mỹ thiết kế tháp thép dạng dàn 23 1.4.1 Tải trọng 23 1.4.2 Tính toán thiết kế 28 1.4.3 Các trạng thái đặc biệt cần kiểm tra 31 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 32 2.1 Cơ chế thực thuật giải di truyền 32 2.1.1 Mã hoá sơ đồ 32 2.1.2 Quá trình chọn lọc (Selection) - 33 2.1.3 Quá trình lai ghép (Crossover) 34 2.1.4 Quá trình đột biến (Mutation) - 35 2.1.5 Hàm thích nghi (Fitness) 36 2.2 Sơ đồ thuật giải di truyền cho toán 38 2.3 Cấu trúc liệu tốn giải thích chi tiết hàm sử dụng thuật giải di truyền 41 2.3.1 Các nhiễm sắc thể (Chromosomes) - 41 2.3.2 Kiểu tượng (phenotypes) - 42 2.3.3 Giá trị hàm mục tiêu (objective function values) 43 2.3.4 Giá trị thích nghi (Fitness values) - 44 2.4 Điều kiện dừng 45 CHƯƠNG SỬ DỤNG THUẬT GIẢI DI TRUYỀN TÍNH TỐN TỐI ƯU KẾT CẤU THÁP THÉP DẠNG DÀN 47 3.1 Mơ hình tháp thép dạng dàn 47 3.2 Phân tích kết cấu 47 3.2.1 Số liệu đầu vào 48 3.2.2 Ma trận độ cứng phần tử ( file bar3e.m) - 51 3.2.3 Ma trận độ cứng kết cấu (file assem.m) - 51 3.2.4 Giải hệ phương trình (file solveq.m) 52 3.2.5 Rút chuyển vị thành phần phần tử từ véctơ kết chuyển vị a (file extract.m) - 53 3.2.6 Tính lực dọc phần tử (file bar3s.m) - 54 3.3 Bài toán tối ưu 55 3.4 Chương trình tính tối ưu kết cấu tháp thép dạng dàn sử dụng thuật giải di truyền 56 3.4.1 Đơn vị sử dụng chương trình - 57 3.4.2 Chuẩn bị số liệu đầu vào 57 3.5 Sơ đồ khối chương trình 62 3.6 Các hàm chương trình dùng để phân tích kết cấu tính tốn giá trị hàm mục tiêu 63 3.6.1 Hàm đọc toạ độ nút ( file EX.m; EY.m; EZ.m) - 63 3.6.2 Hàm tính chiều dài phần tử (file chieudai.m) - 63 3.6.3 Hàm đọc liệu tải trọng nút (file taitrongnut.m) 64 3.6.4 Hàm đọc cấu trúc liệu phần tử (file Edof.m) 64 3.6.5 Hàm phân loại (phanloaithanh.m) 65 3.6.6 Hàm phân loại tiết diện (phanloaitietdien.m) - 65 3.6.7 Hàm chọn tiết diện (file tietdien.m) - 66 3.6.8 Hàm phân tích kết cấu, kiểm tra ràng buộc, tính giá trị hàm mục tiêu (file hammuctieu.m) - 66 3.6.9 Hàm tải trọng gió tác dụng nút 67 3.7 Ứng dụng tính tốn kết cấu tháp thép dạng dàn 68 3.7.1 Thông tin kết cấu - 68 3.7.2 Các tiêu lý 73 3.7.3 Kết sau chạy chương trình - 73 PHẦN III KẾT LUẬN 79 KẾT LUẬN 79 HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN VĂN 80 TẢI LIỆU THAM KHẢO 81 PHỤ LỤC PHỤ LỤC A: CHƯƠNG TRÌNH TỐI ƯU KẾT CẤU THÁP THÉP DẠNG DÀN…………………………………………………………… … 83 PHỤ LỤC A1: CHƯƠNG TRÌNH CHÍNH …………… ……….….83 PHỤ LỤC A2: CÁC CHƯƠNG TRÌNH CON……………………….… 88 PHỤ LỤC A2.1: CHƯƠNG TRÌNH CON FILE phanloaithanh.m….…88 PHỤ LỤC A2.2: CHƯƠNG TRÌNH CON FILE phanloaitietdien.m.….89 PHỤ LỤC A2.3: CHƯƠNG TRÌNH CON FILE hammuctieu.m…… 89 PHỤ LỤC A2.4: CHƯƠNG TRÌNH CON FILE Edof.m …… … 95 PHỤ LỤC A2.5: CHƯƠNG TRÌNH CON FILE EX.m………… … …95 PHỤ LỤC A2.6: CHƯƠNG TRÌNH CON FILE EY.m…………….……95 PHỤ LỤC A2.7: CHƯƠNG TRÌNH CON FILE EZ.m…………….……96 PHỤ LỤC A2.8: CHƯƠNG TRÌNH CON FILE dieukienbien.m.… ….96 PHỤ LỤC A2.9: CHƯƠNG TRÌNH CON FILE taitrongnut.m ….…….97 PHỤ LỤC A2.10: CHƯƠNG TRÌNH CON FILE tietdien.m…….….….98 PHỤ LỤC A2.11: CHƯƠNG TRÌNH CON FILE lucgiotaithanhOx 99 PHỤ LỤC A2.12: CHƯƠNG TRÌNH CON FILE chontietdien.m… 100 PHỤ LỤC B: KẾT QUẢ TÍNH TỐN THÁP THÉP 62m……………103 LỜI CẢM ƠN Trong trình thực Luận văn này, tác giả người hướng dẫn khoa học Thầy giáo TS Phạm Thanh Hùng tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tạo điều kiện thuận lợi để tác giả hồn thành Luận văn Qua tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Thầy! Cảm ơn thầy giáo, cô giáo tiểu ban bảo vệ đề cương, thầy cô tiểu ban kiểm tra tiến độ Luận văn, có ý kiến góp ý quý báu cho nội dung Luận văn Tác giả xin trân trọng cảm ơn Thầy cô giáo, cán khoa đào tạo sau đại học thuộc Trường Đại học Kiến trúc Hà Nội giúp đỡ, dẫn trình học tập nghiên cứu Do thời gian thực luận văn khơng nhiều, trình độ tác giả có hạn, cố gắng nội dung Luận văn không tránh khỏi sai sót, tác giả mong nhận ý kiến đóng góp Thầy giáo học viên để Luận văn hoàn thiện Hà Nội, ngày , tháng , năm 2018 Tác giả luận văn Nguyễn Trọng Tuyển LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Luận văn tốt nghiệp cao học ngành kỹ thuật xây dựng cơng trình dân dụng cơng nghiệp với đề tài: “Sử dụng thuật giải di truyền tính tốn tối ưu kết cấu tháp thép dạng dàn” cơng trình nghiên cứu khoa học độc lập Các số liệu khoa học, kết nghiên cứu Luận văn trung thực có nguồn gốc rõ ràng Hà Nội, ngày , tháng , năm 2018 Tác giả luận văn Nguyễn Trọng Tuyển DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1 :Tháp Eiffel, Thủ đô Paris, Pháp 20 Hình :Tokyo Skytree, Tokyo, Nhật Bản có tiết diện ngang biến đổi theo chiều cao 22 Hình :Các tháp thép cao giới 23 Hình 1:Sơ đồ tính tốn tối ưu tiết diện ngang kết cấu tháp thép dạng dàn theo thuật giải di truyền 39 Hình 1: Mơ hình giàn không gian đàn hồi, 47 Hình 2: Sơ đồ phân tích kết cấu, tính giá trị hàm mục tiêu 48 Hình 3: Các yếu tố phần tử khơng gian hệ toạ độ chung 49 Hình 4: Sơ đồ khối chương trình 62 Hình 3.5: Tiết diện đoạn tháp thép thiết kế (1) 69 Hình 3.5: Tiết diện đoạn tháp thép thiết kế (2) 70 Hình 3.5: Tiết diện đoạn tháp thép thiết kế (3) 71 Hình 8: Mơ hình tháp thép dạng dàn 72 Hình 9: Kết chạy Matlab 73 Hình 10: Kết chạy Matlab(1) 74 Hình 11: Kết chạy Matlab(2) 75 Hình 12: Kết chạy Matlab (3) 76 Hình 13: Kết chạy Matlab (4) 77 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Bảng phân loại cơng trình 27 Bảng 2: Bảng hệ số tầm quan trọng cơng trình 27 Bảng 3: Bảng hệ số hướng gió 28 Bảng Ví dụ dạng file nut.xls 58 Bảng Ví dụ dạng file phantu.xls 59 Bảng 3 Dạng file tainutsap2000.xls 60 Bảng Dạng file bien.xls 60 97 end bc=bc'; [i1,i2]=size(bc); d=zeros(i1,1); % d la bien trung gian bc=[bc d]; PHỤ LỤC A2.9: CHƯƠNG TRÌNH CON FILE taitrongnut.m [15] function [f]=taitrongnut(TAINUT,NUT) [c1,c2]=size(NUT); TG=zeros(c1,c2); [d1,d2]=size(TAINUT); a=zeros(d1,d2); a(:,1:2)=TAINUT(:,1:2); %Doi vi tri sap a(:,3)=TAINUT(:,4); a(:,4)=TAINUT(:,3)*(-1); TAINUT=a; for i=1:d1 TG(TAINUT(i,1),:)=TAINUT(i,:); end TG=TG(:,2:4); [e1,e2]=size(TG); f=zeros(1,e1*e2); for i=1:e1 f((i-1)*3+1:(i-1)*3+3)=TG(i,:); end f=f'; tai 98 PHỤ LỤC A2.10: CHƯƠNG TRÌNH CON FILE tietdien.m function [Phen]=tietdien(Phenin,TD) [f1,f2]=size(Phenin); [g1,g2]=size(TD); Min=min(TD); Max=max(TD); for i=1:f1 for j=1:f2 switch Phenin(i,j) case Min Phen(i,j)=Min; case Max Phen(i,j)=Max; otherwise TG=0; for k=1:g1 if TD(k)0 phic=0.85; K=1; %K, shall be equal to 1.0 for latticed structures lamdac=((K*PHANLOAITHANH(1,i)/(ro(j)*pi)))*sqrt(R/E) ; if 0