Tối ưu kết cấu thân may bằng phương pháp giải thuật di truyền

1 MỤC LỤC Chương TỔNG QUAN………………………………………………… 1.1 Đặt vấn đề…………………………………………………… 1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước…………………… 1.2.1 Tình hình nghiên cứu giới…………………………… 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước………………………… 1.3 Tổng quan kết cấu thân máy……………………………… 1.4 Nội dung luận văn…………………….……………………… 1.5 Phạm vi nghiên cứu…………………….……………………… Chương 2.1 THIẾT KẾ KẾT CẤU TỐI ƯU THEO ĐỘ TIN CẬY……… 10 Lý thuyết độ tin cậy…………………….…………………… 10 2.2.1 Khái niệm…………………….……………………………… 10 2.1.2 Tổng quan q trình phân tích độ tin cậy………………… 10 2.1.3 Phương pháp Moment thích hợp……………………………… 11 2.1.4 Phân tích ngược độ tin cậy…………………………………… 11 2.2 Bài toán tối ưu theo độ tin cậy………………………………… 12 2.2.1 Bài toán tối ưu…………………….…………………………… 13 2.2.2 Bài toán tối ưu theo độ tin cậy………………………………… 13 2.2.3 2.3 Phương pháp giải toán tối ưu theo độ tin cậy……………… 14 Kết cấu toán tối ưu kết cấu…………………………… 15 2.3.1 Kết cấu…………………….…………………….…………… 15 2.3.2 Bài toán tối ưu kết cấu…………………….………………… 17 2.4 Các giải thuật tối ưu…………………….…………………… 19 2.4.1 Giải thuật tìm giá trị tối xác…………………….……… 19 2.4.2 Giải thuật tìm giá trị tối ưu dựa vào đạo hàm………………… 20 2.4.3 Giải thuật tiến hóa…………………….…………………….… 21 Luận văn thạc sĩ Chương GIẢI THUẬT DI TRUYỀN …………………….…………… 24 3.1 Giới thiệu giải thuật di truyền…………………….………… 24 3.2 Trình tự giải thuật di truyền…………………….…………… 24 3.2.1 Mã hóa…………………….…………………….…………… 25 3.2.2 Hàm thích nghi…………………….…………………….…… 27 3.2.3 Chọn lọc cá thể…………………….…………………….…… 27 3.2.4 Lai ghép…………………….…………………….…………… 28 3.2.5 Đột biến…………………….…………………….…………… 31 3.2.6 Điều kiện dừng giải thuật…………………….…………… 34 3.3 Xử lý ràng buộc giải thuật di truyền…………………… 36 3.4 Nhận xét giải thuật di truyền…………………….………… 39 3.4.1 Nhận xét giải thuật di truyền…………………….………… 39 3.4.2 Kết hợp giải thuật di truyền với giải thuật khác………… Chương 41 ÁP DỤNG GA CHO MỘT SỐ BÀI TOÁN ………………… 41 4.1 Bài toán thiết kế đơn định toán thiết kế theo độ tin cậy 41 4.2 Áp dụng GA cho trường hợp chịu uốn ……………………… 42 4.2.1 Trường hợp chịu uốn tải tập trung…………………………… 42 4.2.2 Trường hợp chịu uốn tải tập trung phân bố………………… 45 4.3 Áp dụng GA cho toán tối ưu với tiết diện khác nhau… 46 4.3.1 Trường hợp chịu kéo…………………….…………………… 46 4.3.2 Trường hợp chịu uốn…………………….…………………… 48 4.3.3 Trường hợp chịu xoắn…………………….…………………… 50 4.3.4 Trường hợp chịu uốn – xoắn……………………………………51 Chương KẾT LUẬN…………………….…………………….……… 53 5.1 Kết luận…………………….…………………….…………… 53 5.1.1 Với toán tối ưu…………………….……………………… 53 5.1.2 Với giải thuật di truyền…………………….………………… 55 Luận văn thạc sĩ 5.2 Hướng phát triển…………………….……………………… 56 5.2.1 Với toán tối ưu…………………….……………………… 56 5.2.2 Với giải thuật di truyền…………………….………………… 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO…………………….…………………….……… 59 Luận văn thạc sĩ Chương Tổng quan 1.1 Đặt vấn đề Sản phẩm thị trường ngày phong phú đa dạng nhằm đáp ứng thị hiếu, yêu cầu… người tiêu dùng Sự cạnh tranh gay gắt thị trường dẫn đến việc liên tục cải tiến tính năng, cơng dụng, chất lượng, mẫu mã… sản phẩm Quá trình thiết kế, chế tạo, lắp ráp, vận chuyển cần rút ngắn để kịp thời tung sản phẩm thị trường, đưa đến tay người tiêu dùng Việc phân khúc thị trường làm cho sản phẩm có số chức năng, cơng dụng riêng biệt để phục vụ cho nhóm khách hàng khác Với số sản phẩm trước đây, số yêu cầu cần phải thỏa mãn như: độ bền, ổn định, làm việc không ồn, tiết kiệm vật liệu, tốn nhiên liệu, lượng… Tuy nhiên năm gần yêu cầu nêu thêm yêu cầu khác như: tính thẩm mỹ, gọn nhẹ, tiết kiệm khơng gian, phù hợp ngưởi sử dụng, thân thiện với môi trường… Với nhiều yêu cầu nêu trên, toán thiết kế trở thành toán tối ưu Miền thiết kế tốn mở rộng có nhiều tiêu xét đến hơn, số lượng ràng buộc tăng theo số yêu cầu phải thỏa mãn Thời gian giải toán tối ưu cần phải rút ngắn, lời giải toán cần phải gần với lời giải xác Mặt khác q trình thiết kế chia làm hai dạng là: có xét đến độ tin cậy không xét đến độ tin cậy Với q trình thiết kế khơng xét đến độ tin cậy xem biến thiết kế giá trị đơn định, khơng thay đổi q trình thiết kế, chế tạo, sử dụng… Quá trình thiết kế thường đơn giản, tốn thời gian, chi phí Tuy nhiên, số biến thiết kế tải trọng tác dụng, ứng suất tới hạn… thường đại lượng ngẫu nhiên, phân bố theo quy luật xác suất trình thiết kế, chế tạo, sử dụng, Luận văn thạc sĩ kết trình thiết kế thường khơng sát với thực tế, không sử dụng hết khả làm việc vật liệu… Với q trình thiết kế có xét đến độ tin cậy, biến thiết kế xem đại lượng ngẫu nhiên, phân bố theo quy luật Do có xét đến yếu tố ngẫu nhiên trình thiết kế nên kết sát với thực tế, sử dụng hết khả làm việc vật liệu, đảm bảo xác suất hư hỏng trình sử dụng… Tuy nhiên để thiết kế theo độ tin cậy cần số lượng thực nghiệm, nghiên cứu, quan sát, ghi chép lớn thường tốn kém, nhiều thời gian… việc giải toán thiết kế thường gặp nhiều khó khăn phức tạp Với yêu cầu từ người sử dụng, tiến khoa học kỹ thuật, trình thiết kế xét đến tiêu độ tin cậy nhằm hạn chế hư hỏng xảy trình làm việc, tiết kiệm nguyên vật liệu… Quá trình thiết kế tối ưu theo độ tin cậy tương với việc giải toán tối ưu tối ưu theo độ tin cậy Việc giải tốn thường gặp nhiều khó khăn miền thiết kế ngày mở rộng, ràng buộc tăng đo phải đảm bảo nhiều yêu cầu hơn, kỹ thuật công nghệ phát triển ảnh hưởng đến quy trình sản xuất sản phẩm… Việc tìm hiểu giải thuật có hay nghiên cứu giải thuật cho toán tối ưu so sánh giải thuật độ xác, thời gian thực với giải thuật khác điều cần thiết với người kỹ sư 1.2 Tình hình nghiên cứu ngồi nước 1.2.1 Tình hình nghiên cứu giới Quá trình nghiên cứu tối ưu nghiên cứu thực từ lâu Cơng trình dầu tiên tối ưu kể đến Galileo Galilei với việc tối ưu hình dáng tài liệu “Lý thuyết hình dạng vật thể vời cân đồ bền” thể kỷ 16 Từ đến dã có nhiều cơng trình nghiên cứu tối ưu khác nhau, phục vụ cho lĩnh vực, chuyên ngành khác như: khí, xây dựng, điện-điện tử, giao thơng, Luận văn thạc sĩ kỹ thuật hệ thống cơng nghiệp… Có thể tóm tắt giai đoạn nghiên cứu ứng dụng tối ưu nhu sau: + Từ trước 1980: Q trình phân tích kết cấu trở nên phổ biến, thay dần q trình kiểm tra lý tính Quá trình tối ưu kết cấu chưa áp dụng cách khả thi khoa học máy tính chưa phát triển kịp để đáp ứng yêu cầu tính tốn + Trong năm 80s: Q trình phân tích kết cấu trở thành cơng cụ thiết kế Trong giai đoạn này, trình tối ưu có nhựng phát triển lớn Tuy nhiên dừng lại việc nghiên cứu, việc ứng dụng gặp nhiều khó khăn + Trong năm 90s: Sự bùng nổ phần mềm thiết kế 3D phần mềm tính tốn, q trình phân tích kết cấu q trìnhh tối ưu hóa thực cách dễ dàng Mặt khác phát triển mạnh mẽ khoa học máy tính hỗ trợ nhiều cho q trình thiết kế tính tốn tối ưu + Từ năm 2000 đến nay: Q trình phân tích kết cấu thay hồn tồn q trình kiểm tra lý tính nhiều sản phẩm Q trình tối ưu dần phổ biến trở thành công cụ thiết kế quan trọng với trình thiết kế Một số cơng trình nghiên cứu tối ưu giới: + Tối ưu hình dạng theo ba phương với dạng hình học khác [34] + Tương quan tối ưu hình dạng tối ưu kiểu dáng trình thiết kế kết cấu [22] + Ứng dụng giải thuật di truyền cho toán tối ưu hình dạng kết cấu [15] + Tối ưu hình dạng mặt cắt ngang cho nhiều tiết diện cho khung thân máy bay [16] + Tối ưu hố hình dạng kiểu dáng thiết kế kết cấu [25] + Tối ưu hố kích thước hình dạng giải thuật quần thể [24] + Tơi ưu hình dạng kích thước cho kết cấu khí [45] Luận văn thạc sĩ Một số cơng trình nghiên cứu độ tin cậy giới: + Tối ưu độ tin cậy cho hệ thống song song sử dụng giải thuật di truyền [11] + Sử dụng phương pháp bề mặt đáp ứng mô Monte Carlo cho toán tối ưu cấu trúc dựa độ tin cậy [12] + Kỹ thuật tối ưu cho độ tin cậy hệ thống [42] 1.2.2 Tình hình nghiên cứu nước Lĩnh vực tối ưu nghiên cứu rộng rãi nước, đặc biệt ngành khí, xây dựng Một số cơng trình nghiên cứu tối ưu tiêu biểu: + Tối ưu khối lượng cho hệ dàn thép có kể đến ràng buộc ứng suất, chuyển vị điều kiện ổn định [23] + Áp dụng giải thuật di truyền giải tốn thiết kế tối ưu dầm bê tơng cốt thép [9] + Nghiên cứu thiết kế tối ưu kết cấu khung xe máy [40] + Nghiên cứu tối ưu hình dạng kích thước chi tiết máy dạng trịn xoay [42] Một số cơng trình nghiên cứu độ tin cậy nước: + Tối ưu kích thước theo độ tin cậy [2] + Sử dụng phương pháp mật độ phương pháp tiến hóa để tối ưu kiểu dáng kết cấu [3] + Thiết kế tối ưu cấu Cam sở độ tin cậy [5] + Thiết kế phân tích chi tiết máy sở độ tin cậy theo phương pháp mô Monte Carlo bề mặt đáp ứng [6] + Nghiên cứu tối ưu hình dạng kết cấu sở độ tin cậy [41] Luận văn thạc sĩ 1.3 Tổng quan kết cấu thân máy Kết cấu thân máy đa dạng phong phú Việc phân loại kết cấu thân máy chia làm nhóm chính: + Kích thước + Hình dạng + Kiểu dáng Các yếu tố ảnh hưởng đế hình dạng, kích thước, kiểu dáng kết cấu thân máy bao gồm: tải trọng tác dụng, vật liệu chế tạo, dây chuyền cơng nghệ, quy trình lắp ráp, khả vận chuyển, lắp ráp, bảo trì… a) Tối ưu kích thước b) Tối ưu hình dáng c) Tối ưu kiểu dáng Hình 1.1 Tối ưu kết cấu Tuy nhiên, hai yếu tố ảnh hưởng lớn đến kết cấu thân máy là: ứng suất sinh thân máy vật liệu chế tạo thân máy Với ứng suất sinh kết cấu thân máy chia làm hai dạng chính: + Ứng suất đơn + Ứng suất phức tạp 1.4.1 Nội dung luận văn Luận văn thực với nội dung sau: + Nghiên cứu toán tối ưu kết cấu thân máy + Tìm hiểu lý thuyết độ tin cậy áp dụng vào tốn tối ưu kết cấu thân máy + Tìm hiểu giải thuật giải toán tối ưu Luận văn thạc sĩ + Lựa chọn giải thuật thích hợp cho toan tối ưu kết cấu thân máy + Áp dụng giải thuật cho số toán + Rút kết kết luận 1.5 Phạm vi nguyên cứu Do thời gian thực Luận văn cịn hạn chế nên tìm hiểu, nghiên cứu giải toán tối ưu dựa số tiêu như: độ bền, độ cứng… chưa xét đến tiêu khác như: ổn định, dao động… Việc giải toán thiết kế nhằm kết tối ưu chưa xét đến số yếu tố khác như: tính cơng nghệ, dung sai lắp ghép, kích thước tiêu chuẩn, khả lắp ráp, chế tạo… Luận văn thạc sĩ 10 Chương Thiết kế kết cấu tối ưu theo độ tin cậy 2.1 Lý thuyết độ tin cậy 2.1.1 Khái niệm “Độ tin cậy tính chất đối tượng (chi tiết máy, máy, cơng trình…) thực chức năng, nhiệm vụ định, trình thời gian tiêu sử dụng, thông số làm việc giới hạn quy định tương ứng với chế độ, điều kiện vận hành, chăm sóc sửa chữa cụ thể.” [1] 2.1.2 Tổng quan q trình phân tích độ tin cậy Có phương pháp phân tích độ tin cậy là: đơn định xác suất Phương pháp đơn định xem nhân tố ảnh hưởng đến mô hình đơn định Kết tốn đơn định có nghiệm Do nhân tố ảnh hưởng mang giá trị đơn định nên việc giải toán trở nên dễ thực Tuy nhiên kết từ thực nghiệm lại sai khác lớn với kết từ toán đơn định Phương pháp xác suất xem nhân tố ảnh hưởng đại lượng tuân theo quy luật phân phối xác suất Do việc giải tốn độ tin cậy gặp nhiều khó khăn tâm lý kỹ thuật, đặc biệt với hệ thống phức tạp, cần độ an tồn cao Kết tốn độ tin cậy phù hợp với kết từ thực nghiệm Với lý thuyết độ tin cậy tồn hai hướng tiếp cận: + Lý thuyết toán độ tin cậy + Lý thuyết vật lý độ tin cậy Lý thuyết toán độ tin cậy + Các phần tử tác dụng lẫn đảm bảo khả làm việc theo sơ đồ logic Luận văn thạc sĩ 48 Bảng 4.11 STT Giá trị tối ưu (mm2) Tiết diện Biến thiết kế (mm) Trụ đặc D=48.1323 1819.5462 Trụ rỗng D=80.220; d=64.761 1819.5462 Chữ nhật đặc b=30.162; h=60.325 1819.5462 Chữ nhật rỗng b=50.271; h=100.541 1819.5462 d=10.054; t=20.108 b=80.6125; h=112.8575 Chữ I 1819.5462 d=5.3742; t=8.0612 b=98.7297; h=138.2216 Chữ T 1819.5462 d=6.5820; t=9.8730 Với toán chịu kéo túy tâm, diện tích A vừa có mặt hàm mục tiêu ràng buộc độ bền nên xem tốn biến thiết kế Từ nhận xét mong đợi toán với dạng tiết diện khác cho kết Từ bảng 4.11 thấy kết hội tụ giá trị 1819.5462 (mm2) Điều phù hợp với nhận xét mong đợi phía chứng tỏ giải thuật di truyền cho kết đáng tin cậy, có độ hội tụ cao Ngoài ra, giải thuật di truyền thích hợp với tốn có hay nhiều biến thiết kế 4.3.2 Trường hợp chịu uốn Bài tốn tối ưu hình dạng chịu uốn hai phương Xét chịu uốn hai phương, tải trọng tác dụng ứng suất giới hạn đại lượng ngẫu nhiên nêu bảng 4.12 Xác định tiết diện nhỏ với xác suất R=0,955 Bảng 4.12 Đại lượng Giá trị trung bình Sai lệch bình phương trung bình Lực tác dụng Fx, N 3000 300 Lực tác dụng Fy, N 4000 400 Ứng suất giới hạn σch, MPa 500 50 Biến dạng cho phép flim, mm 0.2 Bài tốn tối ưu có dạng: Luận văn thạc sĩ 49 Hàm mục tiêu: A(diện tích thanh) đạt giá trị nhỏ Điều kiện ràng buộc:   F l y Fy l.xmax P   x max +  J y Jx     − σ ch ≤  ≥ R (4.6)    2    Fx l   Fy l   P  + − f lim ≤  ≥ R (4.7)   EJ x   3EJ y       Hình 4.5 Thanh chịu uốn hai phương Xét tiết diện như: trụ đặc, trụ rỗng, chữ nhật đặc, chữ nhật rỗng, chữ I, chữ T (hình 4.5) Từ bảng 4.13, với toán uốn theo hai phương chữ T xem tối ưu Bảng 4.13 STT Tiết diện Biến thiết kế (mm) Giá trị tối ưu (mm2 ) Trụ đặc D=58.545 2691.9655 Trụ rỗng D=69.787; d=55.8296 1377.0120 Chữ nhật đặc b=42.3742; h=56.4224 2390.7570 Chữ nhật rỗng b=47.9396; h=152.2627 1879.0943 d=23.9698; t=26.1313 Chữ I b=49.2030; h=98.4050 934.6702 d=5; t=5.007 Chữ T b=49.097; h=97.667 709.2175 d=5; t=5.009 Tuy nhiên, toán hai xét điều kiện bền, chưa xét đến điều kiện cứng, độ ổ định… Ngồi tiết diện chữ T khơng đối xứng nên lắp đặt cần phải ý phương tải trọng tác dụng Trong ngành xây dựng, với toán chịu uốn thường sử dụng chữ I có xét đến điều kiện tiết diện chữ I đối xứng nên việc lắp đặt, vận chuyển không cần ý đến phương tải trọng Trong ngành khí dùng chữ I mà thường dùng trụ đặc Luận văn thạc sĩ 50 hay trụ rỗng Điều giải thích sau : chế tạo trụ đặc cần thông số D hay trụ rỗng cần hai thông số D, d nên việc chế tạo kiểm tra dễ dàng, tiết kiệm thời gian so với chữ I cần bốn thông số b, h, d, t, độ song song, vng góc… nên việc chế tạo, kiểm tra khó khăn nhiều Tuy nhiên hình dạng, kích thước chữ I tiêu chuẩn hóa nên người thiết kế phải lựa chọn thơng số thích hợp 4.3.3 Trường hợp chịu xoắn Bài tốn tối ưu hình dạng chịu xoắn Xét chịu xoắn, tải trọng tác dụng ứng suất giới hạn đại lượng ngẫu nhiên nêu bảng 4.14 Xác định tiết diện nhỏ với xác suất R=0,955 Bảng 4.14 Đại lượng Giá trị trung bình Sai lệch bình phương trung bình Moment xoắn T, Nmm 106 105 Ứng suất giới hạn τ lim , MPa 40 Góc xoay giới hạn ϕ lim , rad -3 5.10 5.10-4 Bài tốn tối ưu có dạng: Hàm mục tiêu: A(diện tích thanh) đạt giá trị nhỏ Điều kiện ràng buộc:  T ρ  P − τ lim ≤  ≥ R  Jp    (4.8)  T  P − ϕlim ≤  ≥ R  GJ p    (4.9) Hình 4.6 Thanh chịu xoắn Xét tiết diện như: trụ đặc, trụ rỗng, chữ nhật đặc, chữ nhật rỗng Luận văn thạc sĩ 51 a) b) c) d) Hình 4.7 Các dạng tiết diện a) Trụ đặc; b) Trụ rỗng; c) Chữ nhật đặc; d) Chữ nhật rỗng Bảng 4.15 STT Giá trị tối ưu (mm2) Tiết diện Biến thiết kế (mm) Trụ đặc D=57.015 2551.8075 Trụ rỗng D=67.963; d=54.3704 1305.9812 Chữ nhật đặc b=40.8519; h=85.1782 3479.6948 Chữ nhật rỗng b=40.6880; h=112.9730 3594.3980 d=22.3830; t=44.7660 Từ bảng 4.15, với tốn xoắn trụ rỗng xem tối ưu Điều phù hợp với với số kết cấu chế tạo sử dụng thực tế Tiêu biểu cho dạng chịu xoắn trục máy tiện 4.3.4 Trường hợp chịu uốn - xoắn Bài toán tối ưu hình dạng chịu uốn - xoắn Xét chịu uốn - xoắn, tải trọng tác dụng ứng suất giới hạn đại lượng ngẫu nhiên nêu bảng 4.16 Xác định tiết diện nhỏ với xác suất R=0,955 Chiều dài l = 1000mmm Bảng 4.16 Đại lượng Lực tác dụng F, N Giá trị trung bình Sai lệch bình phương trung bình 3000 300 Moment xoắn T, Nmm 10 104 Ứng suất giới hạn σch, MPa 500 50 Bài tốn tối ưu có dạng: Luận văn thạc sĩ 52 Hàm mục tiêu: A(diện tích thanh) đạt giá trị nhỏ Điều kiện ràng buộc: 2    T ρ   F l ymax   P  + 3 − σ ch ≤  ≥ R (4.10)  J    J x    p    Hình 4.8 Thanh chịu uốn - xoắn Xét tiết diện như: trụ đặc, trụ rỗng, chữ nhật đặc, chữ nhật rỗng a) b) c) d) Hình 4.8 Các dạng tiết diện a) Trụ đặc; b) Trụ rỗng; c) Chữ nhật đặc; d) Chữ nhật rỗng Bảng 4.16 STT Giá trị tối ưu (mm2) Tiết diện Biến thiết kế (mm) Trụ đặc D=45.2246 1605.5325 Trụ rỗng D=53.9081; d=43.1265 821.6769 Chữ nhật đặc b=28.4364; h=67.3930 1916.4166 Chữ nhật rỗng b=53.2685; h=19.2399 923.4967 d=7.1199; t=14.2399 Từ bảng 4.16, với tốn uốn - xoắn trụ rỗng xem tối ưu nhất, chữ nhật rỗng Luận văn thạc sĩ 53 Chương Kết luận 5.1 KẾT LUẬN 5.1.1 Với toán tối ưu Luận văn dừng lại với toán tối ưu kích thước tối ưu hình dạng Việc áp dụng GA vào toán tối ưu đặt kết xác (từ 0.1% đến 0.3%) so với phương pháp tối ưu chuẩn khác Với chịu kéo nén dọc trục, chọn tiết diện sau đạt giá trị tối ưu là: trụ đặc, trụ rỗng, chữ nhật đặc, chữ nhật rỗng, I, T Hình 5.1 Tiết diện tối ưu với chịu kéo (nén) Với chịu uốn theo hai phương tiết diện chữ T xem tối ưu Tuy nhiên, tiết diện chữ T không đối xứng nên lắp đặt cần phải chíu ý đến phương chiều tải trọng Trong ngành xây dựng, chữ I thường sử dụng rộng rải thay cho chữ T tiết diện chữ I đối xứng, việc lắp đặt không cần ý đến phương chiều tải trọng Trong ngành khí thường dùng dạng chữ I, T mà dùng trục đặc hay rỗng Điều giải thích: chế tạo trụ đặc cần thông số D hay trụ rỗng cần hai thông số D, d nên việc chế tạo kiểm tra dễ dàng, tiết kiệm thời gian so với chữ I cần thông số b, h, d, t, độ song song, vuông góc… nên việc chế tạo, kiểm tra khó khăn nhiều Tuy nhiên hình dạng, kích thước chữ I tiêu chuẩn hóa nên người thiết kế phải lựa chọn thông số thích hợp Luận văn thạc sĩ 54 Trong hai dạng trụ trụ rỗng tối ưu tiết kiện 50% so với trụ đặc Tuy nhiên việc chế tạo trụ rỗng gặp nhiều khó khăn nên lựa chọn cần phải ý đến khả chế tạo Hình 5.2 Tiết diện tối ưu với chịu uốn phương Hình 5.3 Một số kết cấu chịu uốn thực tế Với tốn xoắn trụ rỗng xem tối ưu Điều phù hợp với với số kết cấu chế tạo sử dụng thực tế Tiêu biểu cho dạng chịu xoắn trục máy tiện Hình 5.4 Tiết diện tối ưu với chịu uốn Luận văn thạc sĩ 55 Với toán uốn - xoắn, trụ rỗng xem tối ưu nhất, chữ nhật rỗng Tiêu biểu cho kết cấu rỗng chịu tác dụng uốn – xoắn thân máy phay đứng Hình 5.5 Kết cấu thân máy phay đứng Một số vấn đề chưa xét đến luận văn thời gian thực có hạn: + Các tốn tối ưu xét đến điều kiện thiết kế, điều kiện khác nhau: khả chế tạo, quy trình cơng nghệ, lắp ráp, bảo trì… chưa xét tới + Chỉ dừng lại tốn tối ưu kích thước hình dạng, chưa xét đến tốn tối ưu kiểu dáng + Các toán xét đến yêu cầu độ bền, yêu cầu khác độ ổn định, dao động, nhiệt… chưa xét tới 5.1.2 Với giải thuật di truyền Việc áp dụng giải thuật di truyền vào toán tối ưu dựa độ tin cậy đạt kết xác (khoảng 0.1 đến 0.3%) so với phương pháp tối ưu chuẩn khác Tuy nhiên, thời gian thực lại ngắn nhiều so với phương pháp khác Với ưu điểm giải thuật di truyền sử dụng hàm mục tiêu khơng gian tìm kiếm, khơng dựa đạo hàm nên thích hợp hàm phức Luận văn thạc sĩ 56 tạp Bên cạnh đó, giải thuật di truyền trì hay nhiều quần thể nên thích hợp với khơng gian tìm kiếm lớn Quần thể trải qua nhiều hệ thực theo chế tiến hóa nên dễ dàng đạt giá trị tối ưu toàn cục so với phương pháp khác Giải thuật di truyền thích hợp với tốn chưa có giải thuật tối ưu việc thực giải thuật tối ưu gặp nhiều khó khăn, nhiều thời gian hay lời giải cần đáp ứng độ xác Ngồi ra, sử dụng giải thuật di truyền để xác định giá trị tối ưu ban đầu qua giới hạn khơng gian tìm kiếm, sau dùng giải thuật khác để tìm xác giá trị tối ưu mong muốn Giải thuật di truyền kết hợp với phương pháp khác leo đồi, mô luyện thép, mạng Nơron, giải thuật quần thể… giúp tăng tốc độ hội tụ tăng độ xác Một số hạn chế giải thuật di truyền như: xử lý ràng buộc gặp nhiều khó khăn, giá trị tối ưu thu không đảm bảo giá trị tối ưu toàn cục Ngoài ra, khó xác định tham số số quần thể, số lượng cá thể quần thể, phương pháp chọn lọc, lai ghép, đột biến ảnh hưởng đến tốc độ hội tụ giá trị tối ưu thu giải thuật 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.2.1 Với toán tối ưu Một số hướng phát triển toán tối ưu: + Xét thêm điều kiện chế tạo, lắp ráp… vào trình thiết kế + Tìm hiểu giải tốn tối ưu kiểu dáng + Xét thêm yêu cầu độ ổn định, dao động… 5.2.2 Với giải thuật di truyền Một số hướng phát triển giải thuật di truyền: + Nghiên cứu đảm bảo gái trị tối ưu thu gái trị tối ưu toàn cục Luận văn thạc sĩ 57 + Kết hợp số giải thuật khác nhằm giảm thời gian thực hay tăng độ hội tụ kết + Xác định tham số số quần thể, số lượng cá thể quần thể, phương pháp chọn lọc, lai ghép, đột biến ảnh hưởng đến tốc độ hội tụ giá trị tối ưu thu giải thuật + Nghiên cứu số giải thuật khác phục vụ cho toán tối ưu Luận văn thạc sĩ 58 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CƠNG BỐ Bài báo Kỷ yếu Hội nghị Khoa học kỷ niệm 25 năm ngày thành lập viện Cơ học Tin học ứng dụng, “Thiết kế tối ưu kích thước kết cấu dựa độ tin cậy giải thuật di truyền”, Đinh Lê Cao Kỳ, Nguyễn Hữu Lộc, ngày 29 tháng 06 năm 2009 Luận văn thạc sĩ 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Hữu Lộc, Thiết kế phân tích hệ thống khí theo độ tin cậy, NXB Khoa học Kỹ thuật, 2005 Nguyễn Hữu Lộc, Nguyễn Trung Dũng Thiết kế tối ưu kích thước theo độ tin cậy, Kỷ yếu Hội nghị Cơ học Toàn quốc lần thứ 8, 2007 Bùi Hoàng Giang - Nguyễn Hữu Lộc, Tối ưu hóa kiểu dáng kết cấu theo phương pháp mật độ phương pháp tiến hóa, Kỷ yếu Hội nghị Cơ học Toàn quốc lần thứ 8, 2007 Nguyễn Đình Thúc, Trí Tuệ Nhân Tạo Lập Trình Tiến Hóa, Nhà Xuất Bản Giáo Dục, 2001 Erick Cantu-Paz, A survey of Parallel Genetic Algorithms, Department of Computer Science and Illinois Genetic Algorithms Laboratory, University of Illinois Mitchell Melanie, An introduction to genetic algorithms, MIT Press, 1999 Hồng Kiếm – Đinh Nguyễn Anh Dũng, Nhập mơn Trí Tuệ Nhân Tạo, ĐH Quốc Gia TP.HCM, 2002 K Saitou, K Izui, S Nishiwaki, P Papalambros, A survey of structural optimization in mechanical product devolopment Journal of Computing and information science in engineering Vol 5, 2005 Nguyễn Hữu Lộc, Quy hoạch thực nghiệm Trường Đại học Bách khoa TP Hồ Chí Minh 2006 10 Painton, L.; Campbell, J., Genetic algorithms in optimization of system reliability, IEEE Transactions on Reliability, Volume 44, Issue 2, Page(s):172 – 178, Jun 1995 11 Coit, D.W., Smith, A.E., Reliability optimization of series-parallel systems using a genetic algorithm, IEEE Transactions on Reliability, Vol 45 pp.254-260, 1996 12 Kaymaz Irfan, McMahon Chris, Meng Xianyi Reliability-Based Structural Optimization Using The Response Surface Method and Monte Carlo Simulation, 8th International Machine design and Production Conference, Ankara (1998) Luận văn thạc sĩ 60 13 Dimos C.Charmpis, A Multi-objective Approach for Reliability-Based Design Optimization, 8th World Congress on Computational Machanics (WCCM8), Italy (2008) 14 Jenkins, W., Structure Optimization With the Genetic Algorithm, Structure Engineering, 1991, pp 418-422 15 Woon, S Y.,Querin, O M., Steven, G O., Structure Application of a Shape Optimization Method Based on a Genentic Algorithm, Struct Multidiscip Optim., 2001, pp 57-64 16 Yoshimura, M., Nishiwaki, S., and Izui, K., A Muitiple Cross-Sectional Shape Optimization Method for Automotive Body Frames, J Mech Des., 2005, pp 49-57 17 Balling, R, J., Opimal Steel Frame Design by Simulated Annealing, J Struct Eng., 1991, pp.1780-1795 18 Fourie, P C., and Groenwold, A A., The Particle Swarn Optimization Algorithm in Size and Shape Optimization, Struct Multidiscip Optim., 1991, pp 259-267 19 Goldberg, David E, Genetic Algorithms in Search, Optimization and Machine Learning, Addison-Wesley, 1989 20 Koza, John R., Genetic Programing: On the programming of Computer by Means of Natural Selection, Cambridge, 1992 21 Michalewicz, Z., Genetic Algorithms + Data Structures = Evolution Programs, Berlin Springer-Verlag, 1992 22 Bremicker, M., Chirehdast, M., Kikuchi, N., Papalambros, F.Y, Intergrated Topology and Shape Optimization in Structure Design, Mechanics of Structure and Machine, 1991, pp 551-587 23 Nguyễn Như Ý, Nguyễn Hữu Lộc, Thiết kế tối ưu cấu Cam sở độ tin cậy, Kỷ yếu hội nghi khoa học, Viện Cơ học Tin học ứng dụng, 2009 24 Fourie, P C., and Groenwold, A A., The Particle Swarn Optimization Algorithm in Size and Shape Optimization, Struct Multidiscip Optim., 1991, pp 259-267 25 Kim, I Y., and Weck, de O L., Variable chromosome length genetic algorithm for progressiverefinement in topology optimization, Struct Multidiscip Optim., 2005 Luận văn thạc sĩ 61 26 Pandia Raj, R., and Kalyanaraman, V., GA based Optimal Design of Steel Truss Brigde, 6th World Congress of Structural and Multidisciplinary Optimization, Brazil (2005) 27 Spath, D., Neitharat, W., and Bangert, C., Integration of Topology and Shape Optimization in Design Process, Germany 28 Dmitrij Sesok, and Rimantas Belevicius, Global Optimization of Trusses with a modified Genetic Algorithm, Journal of Civil Engineering and Management, 2008 29 Dmitrij Sesok, and Rimantas Belevicius, Use of genetic algorithm in topology optimization of truss structures, ISSN 1392-1207, MECHANIKA, 2007 30 Chapman, C.,Satiyou, K., Jakiela, M, Genetic Algorithms as an Approach to Configuration and Topology Design, in Proceeding of the ASME Design Automation Conference: Advances in Design Automation, vol 65, New York, 1993 31 Chen, S., Tortorelli, D., Three-Dimension Shape Optimixation With Varitional Geometry, Struc Optim, 13(2-3), pp 81-94, 1997 32 Nguyễn Hữu Lộc, Thiết kế phân tích chi tiết máy sở độ tin cậy theo phương pháp mô Monte Carlo va bề mặt đáp ứng, Tạp chí phát triển Khoa học & Công nghệ, 2005 33 Dmitrij Sesok, and Rimantas Belevicius, Use of genetic algorithm in topology optimization of truss structures, ISSN 1392-1207 MECHANIKA, 2007 34 Chapman, C.,Satiyou, K., Jakiela, M, Genetic Algorithms as an Approach to Configuration and Topology Design, in Proceeding of the ASME Design Automation Conference: Advances in Design Automation, vol 65, New York, 1993 35 Chen, S., Tortorelli, D., Three-Dimension Shape Optimixation With Varitional Geometry, Struc Optim, 13(2-3), pp 81-94, 1997 36 Roberro d’Ippolito, Stijin Donders, Luc Hermans, Herman Van der Auweraer, Reliability-Based Design Optimization for Aerospace and Automotive Structures, LMS, Leurvan, Belgium Luận văn thạc sĩ 62 37 Xueyong Qu, Reliability-Based structural Optimization using Response Surface Approximations and probabilistic sufficiency Factor, University of Florida, 2004 38 Lê Hồng Tuấn, Bùi Cơng Thành, Sức bền vật liệu-Tập I, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 1998 Luận văn thạc sĩ ... cấu với giải thuật di truyền [14] + Tối ưu hình dạng kích thước kết cấu giải thuật di truyền [15] + Tối ưu hệ dàn phẳng giải thuật di truyền [23] + Tối ưu độ tin cậy cấu trúc song song giải thuật. .. dụng giải thuật di truyền cho tốn tối ưu? ?? + Tối ưu hố hình dạng cấu trúc dựa giải thuật di truyền [15] + Tối ưu dầm bêt ông cốt thép theo tiêu chuẩn Việt Nam giải thuật di truyền [9] + Tối ưu kết. .. toán tối ưu kết cấu thân máy + Tìm hiểu giải thuật giải tốn tối ưu Luận văn thạc sĩ + Lựa chọn giải thuật thích hợp cho toan tối ưu kết cấu thân máy + Áp dụng giải thuật cho số toán + Rút kết kết