Tối ưu hệ dàn phẳng dùng phương pháp mờ (fuzzy method)

Đại Học Quốc Gia Tp.Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BAÙCH KHOA - VÕ NGUYÊN THẢO TỐI ƯU HỆ DÀN PHẲNG DÙNG PHƯƠNG PHÁP MỜ (FUZZY METHOD) (PHẦN THUYẾT MINH) Chuyên ngành : XÂY DỰNG DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP Mã số ngành :23.04.10 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH, tháng năm 2005 CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học:……………………………………………………………………………… Cán chấm nhận xét 1:……………………………………………………………………………………… Cán chấm nhận xét 2:……………………………………………………………………………………… Luận văn thạc só bảo vệ tại: HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày …… tháng …….năm 2005 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC TPHCM, ngày… tháng… năm 2005 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên : VÕ NGUYÊN THẢO Phái : Nam Ngày, tháng, năm sinh : 23/10/1980 Nơi sinh : Phú Khánh Chuyên ngành : Xây dựng dân dụng & công nghiệp MSHV : 02103546 Khóa : 14 (Năm học 2004 – 2005) I TÊN ĐỀ TÀI : Tối ưu hệ dàn phẳng dùng phương pháp mờ (fuzzy method) II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : Nhiệm vụ : Phân tích không chắn lý thuyết mờ Sau đó, tối ưu hệ dàn phẳng chịu tải trọng không chắn phương pháp mờ Nội dung : - Chương : Mở đầu - Chương : Phân tích không chắn - Chương : Phương pháp phần tử hữu hạn toán thiết kế tối ưu - Chương : Phân tích lý thuyết mờ - Chương : Các ví dụ tối ưu hệ dàn phẳng dùng lý thuyết mờ - Chương : Kết luận kiến nghị III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 20 / 01 /2005 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ : 30/06/2005 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : PGS.TSõ CHU QUỐC THẮNG CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM NGÀNH BỘ MÔN QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH Ngày……tháng… năm 2005 KHOA QUẢN LÝ NGÀNH Lời cảm ơn LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn tất cám ơn tất thầy cô giáo truyền đạt cho chúng em nhiều kiến thức quý giá Em xin chân thành cảm ơn Thầy Phó giáo sư Tiến sỹ Chu Quốc Thắng, tận tình hướng dẫn em suốt thời gian thực luận văn Chính kiến thức mà em có từ truyền đạt tận tụy Thầy tài liệu chuyên ngành Thầy giúp em hoàn thành luận văn Xin cảm ơn người bạn chân tình giúp đỡ hoàn thành luận văn Cuối cùng, xin cảm ơn ba mẹ, anh chị em gia đình luôn quan tâm, giúp đỡ, động viên suốt trình học tập nghiên cứu HVTH:Võ Nguyên Thảo Tóm tắt luận văn TÓM TẮT LUẬN VĂN I TÊN ĐỀ TÀI : Tối ưu hệ dàn phẳng dùng phương pháp mờ (fuzzy method) II TÓM TẮT : Cùng với phát triển vượt bậc ngành khoa học lý thuyết, khoa học kỹ thuật ứng dụng, việc áp dụng phương pháp tối ưu ngành kinh tế, kỹ thuật trở nên phổ biến Trong lónh vực thiết kế công trình, việc áp dụng phương pháp tối ưu mang lại hiệu rõ rệt giá trị vốn đầu tư thường lớn Trong luận văn này, luận văn đề cập thiết kế tối ưu kết cấu dàn phẳng chịu tải trọng không chắn dùng lý thuyết tập mờ Tải trọng không chắn tải trọng xảy thật tự nhiên gió, tónh tải, hoạt tải… Để thực ý tưởng trên, luận văn phân tích nguyên nhân không chắn, lý thuyết mờ Sau đó, tác giả sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn để phân tích kết cấu, thuật toán đơn hình kết hợp với vòng lặp phương pháp mờ phương pháp lát cắt α để tìm nghiệm tối ưu Bài toán thiết kế tối ưu hệ dàn phẳng với hàm mục tiêu trọng lượng thân toàn dàn Các biến thiết kế diện tích tiết diện dàn Các điều kiện ràng buộc cần thỏa mãn bao gồm : ràng buộc điều kiện bền, ràng buộc điều kiện chuyển vị trình thiết lập toán tối ưu Trong đó, ràng buộc chuyển vị xem ràng buộc mờ, ràng buộc ứng HVTH:Võ Nguyên Thảo Tóm tắt luận văn suất xem ràng buộc tỏ, không mờ Hàm mục tiêu hàm mục tiêu mờ Để thay đổi biến thiết kế, luận văn sử dụng phương pháp chuỗi phương trình quy hoạch tuyến tính (SLP) Do ràng buộc ứng suất, chuyển vị, ổn định hàm phi tuyến nên toán thuộc dạng quy hoạch phi tuyến Để giải toán này, ta sử dụng phương pháp chuỗi chương trình tuyến tính nhằm đưa toán quy hoạch phi tuyến dạng toán quy hoạch tuyến tính, sau sử dụng thuật toán đơn hình để giải Sau đó, ví dụ kết cấu dàn phẳng chịu tải trọng không chắn tính toán cách lập chương trình ngôn ngữ Matlab 6.5 Sau nhận xét kết luận đưa Luận văn bao gồm chương : • Chương : Mở đầu • Chương : Phân tích không chắn • Chương : Phương pháp phần tử hữu hạn toán thiết kế tối ưu • Chương : Phân tích lý thuyết mờ • Chương : Các ví dụ tối ưu hệ dàn phẳng dùng lý thuyết mờ • Chương : Kết luận kiến nghị HVTH:Võ Nguyên Thảo Abstract ABSTRACT Firstly, the thesis presents the uncertainties and fuzzy theory Then an approach to the optimum design of structures, in which uncertainties with a fuzzy nature in the magnitude of the loads are considered, is proposed in this thesis The optimization process under fuzzy loads is transformed into a fuzzy optimization problem in which we define membership functions of the objective function and constrains In this thesis, the membership function are defined using the results by first conducting an optimization through anti-optimization modeling of the uncertain loads Five examples of four-bar truss and ten-bar truss are used to illustrate the present optimization process The results are compared with those yielded by other optimization methods such as α-cuts method Finally, the conclusions and the petitions are drawn HVTH:Võ Nguyên Thảo Mục lục MỤC LỤC Chương 1: Mở đầu …………………………………………………………………………………………………………………….1 1.1.Tổng quan…………………………………………………………………………………………………………………….1 1.2.Mục tiêu luận văn –Nội dung, phạm vi, phương pháp nghiên cứu……….2 1.2.1.Mục tiêu luận văn……………………………………………………………………………….2 1.2.2.Nội dung nghiên cứu………………………………………………………………………………… 1.2.3.Phạm vi nghiên cứu…………………………………………………………………………………….3 1.2.4.Phương pháp nghiên cứu………………………………………………………………………… 1.2.5.Cấu trúc luận văn…………….………………………………………………………………………… Chương 2: Phân tích không chắn………………………………………………… ……………………….5 2.1 Giới thiệu…………………………………………………………………………………………………………………… 2.2 Phân tích không chắn kết cấu hệ dàn phẳng………………………7 Chương 3: Phương pháp phần tử hữu hạn toán thiết kế tối ưu ……………………8 3.1.p dụng phương pháp phần tử hữu hạn phân tích hệ dàn phẳng 3.2.Bài toán tối ưu…………………………………………………………………………………………………………….11 3.3.Các phương pháp thiết kế tối ưu……………………………………………………………………….…12 3.4.Các phương pháp tính toán tối ưu……………………………………………………………………….14 3.5.Quy hoạch tuyến tính (LP) thuật toán đơn hình………………………………………18 3.6.Xác định biến thiết kế hàm mục tiêu…………………………………………………21 Chương 4: Phân tích lý thuyết mờ………………………………….…………………………………………………….25 4.1.Giới thiệu………………………………………………………………………………………………………………………25 4.2.Phương pháp mờ (fuzzy method)……………………………………………………………………… 26 4.2.1.Nền tảng…………………………………………………………………………………………………….… 26 4.2.2.Hàm thuộc………………………………………………………………………………………………………28 HVTH:Võ Nguyên Thảo Mục lục 4.2.3.Phương pháp mờ……………………………………………………………………….………………….30 4.3.Phương pháp lát cắt α (α-cut method)……………………….………………….………………….42 Chương 5: Các ví dụ tối ưu hệ dàn phẳng dùng phương pháp mờ……………….….…… 44 5.1.Ví dụ 1: Dàn chịu tải trọng đứng……………………………………………… ……44 5.2.Ví dụ 2: Dàn chịu tải trọng đứng tải trọng ngang… ……….50 5.3.Ví dụ 3: Dàn chịu tải trọng đứng tải trọng ngang……… ….55 5.4.Ví dụ 4: Dàn 10 chịu tải trọng đứng ………………………………………………….60 5.5.Ví dụ 5: Dàn 10 chịu tải trọng đứng tải trọng ngang………….66 Chương 6: Kết luận kiến nghị…………………………………………………………….………………………… 74 6.1.Kết luận……………………………………………………….…………………………………………………………….…74 6.2.Kiến nghị………………….………………………………………………………………………………………………… 75 Tài liệu tham khảo………………………………………………………………………………………………………………………76 HVTH:Võ Nguyên Thảo Chương 1: Mở đầu Chương 1: MỞ ĐẦU 1.1 Tổng quan: [4,7,10,12,13,16,17,18] Tối ưu khái niệm phổ biến trong sống nhằm làm cho tiết kiệm chi phí nguyên nhiên liệu Trong năm gần đây, phương pháp tối ưu hóa ngày áp dụng sâu rộng hiệu vào ngành kinh tế, kỹ thuật, công nghệ thông tin vào ngành khoa học công nghệ khác như: • Lựa chọn vật liệu để luyện gang, thép hợp kim… ngành luyện kim • Giải vấn đề điện khí hóa vùng có phân bố nguồn lượng khác ngành lượng • Chọn lưu lượng dầu khai thác giếng công nghiệp dầu mỏ • Lựa chọn đường hợp lý Do xây dựng chiếm tỷ trọng lớn kinh tế đất nước nên tối ưu hoá công trình xây dựng tiết kiệm nhiều Do đó, người ta nghiên cứu tối ưu hoá kết cấu cho kết cấu vừa an toàn vừa tiết kiệm Cùng với phát triển vượt bậc khoa học lý thuyết: toán học, vật lý học,…, khoa học thực nghiệm, phát triển mạnh mẽ khoa học kỹ thuật, với tư sáng tạo người tính ưu việt máy tính điện tử, nhà khoa học nâng lónh vực tính toán tối ưu lên tầm cao mới, mô hình đại đời dựa khái niệm Lofti A.Zadel đưa vào năm 1965 :Lý thuyết tập mờ (Fuzzy set theory) (Đây lý thuyết nói vấn đề không rõ ràng hay không chắn) Có thể nói môn khoa học mẻ Gần Trang HVTH:Võ Nguyên Thảo Chương 7: Các function file matlab % -Tinh cac ma tran he so HSg1=heso(gg1); HSg2=heso(gg2); HSg3=heso(gg3); HSg4=heso(gg4); HSg5=heso(gg5); HSg6=heso(gg6); HSg7=heso(gg7); HSg8=heso(gg8); HSg9=heso(gg9); HSF=heso(ff); matranHS=[HSg1;HSg2;HSg3;HSg4;HSg5;HSg6;HSg7;HSg8;HSg9;HSF]; % -Tim loi giai toi uu cho bai toan tuyen tinh -Xf=giaihett(matranHS); num=1 Xf=Xf' while (abs(Xf*Xf'-Xo*Xo')/(Xo*Xo')>epsilon)&(num