Tự động hóa thiết kế tối ưu kết cấu thép dạng dàn bằng phương pháp phần tử hữu hạn có kể đến các ràng buộc theo tiêu chuẩn việt nam

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên : NGUYỄN HỮU THỊNH Ngày,tháng, năm sinh : 04/08/1975 Chuyên ngành : XÂY DỰNG DÂN DỤNG & CÔNG NGHIỆP Khóa : 11 (Năm học 2000 – 2003) Phái : Nam Nơi sinh : Quảng Nam Ms ngành : 23.04.10 I TÊN ĐỀ TÀI : TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT KẾ TỐI ƯU KẾT CẤU THÉP DẠNG DÀN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN CÓ KỂ ĐẾN CÁC RÀNG BUỘC THEO TIÊU CHUẨN VIỆT NAM II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG : Nhiệm vụ : Lập chương trình tự động hóa thiết kế tối ưu kết cấu thép dạng dàn (dàn phẳng, dàn không gian) thông qua việc nghiên cứu ứng dụng tóan tối ưu hóa sử dụng thuật tóan đơn hình việc phân tích kết cấu phương pháp phần tử hữu hạn Nội dung : - Chương - Chương - Chương - Chương hình tương tích - Chương Khung Không Gian - Chương - Chương - Chương Dàn - Chương : : : : Phần Tổng Quan Bài Toán Tối Ưu Và Các Phương Pháp Thiết Kế Tối Ưu Phương Pháp Quy Hoạch Tuyến Tính Và Thuật Toán Đơn Hình Cơ sở bước phân tích chung phương pháp phần tử hữu hạn sử dụng mô : Thiết Lập Chương Trình Máy Tính Cho Việc Tự Động Hóa Phân Phân Tích Kết Cấu : Các Yêu Cầu Chung Cho Việc Tính Toán Thiết Kế Kết Cấu Dàn Thép : Thiết Lập Bài Toán Thiết Kế Tối Ưu Cho Kết Cấu Dàn Thép Không Gian : p Dụng Số Vào Chương Trình Tự Động Hóa Thiết Kế Tối Ưu Kết Cấu Thép Dạng : Kết Luận Kiến Nghị III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : 25/11/2002 IV NGÀY HÒAN THÀNH NHIỆM VỤ : 07/06/2003 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : Tiến sỹ BÙI CÔNG THÀNH VI HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ NHẬN XÉT : VII HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ NHẬN XÉT : Cán Bộ Hướng Dẫn Cán Bộ Nhận Xét Cán Bộ Nhận Xét Ts.BÙI CÔNG THÀNH Nội dung đề cương Luận Văn Thạc Só Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua TRƯỞNG PHÒNG ĐÀO TẠO – SAU ĐẠI HỌC Ngày……tháng… năm 2003 CHỦ NHIỆM NGÀNH Lời Cảm Ơn Những kiến thức quy báu mà em gặt hái sau trình dài học tập, nghiên cứu hòan thành luận văn nhờ dạy bảo tận tình thầy, cô ban giảng huấn lớp cao học ngành Xây Dựng Dân Dụng -– Công Nghiệp khóa 11 Công lao to lớn Thầy Cô, em xin thầm khắc ghi lòng tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất, kính trọng Em xin chân thành cảm ơn Thầy Tiến sỹ Bùi Công Thành -– Phó chủ nhiệm khoa Kỹ thuật Xây Dựng, 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 hòan thành luậa văn Một lần nữa, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc thành kính với Thầy Em xin chân thành cảm ơn Thầy Phó giáo sư Tiến sỹ Chu Quốc Thắng, truyền đạt kiến thức quý báu, đặc biệt kiến thức Phương Pháp Phần Tử Hữu Hạn, định hướng Thầy việc giúp chúng em tìm hiểu phần mềm lập trình Matlab Em xin chân thành cảm ơn Thầy Tiến sỹ Đỗ Kiến Quốc, thầy Tiến Sỹ Nguyễn Văn Hiệp, thầy Giáo sư Tiến sỹ Hòang Văn Tân, cô Tiến sỹ Nguyễn Thị Hiền Lương, cô Thạc sỹ Đỗ Thị Xuân Lan,…đã truyền đạt cho chúng em nhiều kiến thức quý giá phục vụ cho công tác sau Em xin cảm ơn thầy, cô Phòng Quản Lý Sau Đại Học cung cấp cho chúng em thông tin cần thiết quan trọng suốt trình học tập nghiên cứu Xin cảm ơn người bạn chân tình giúp đỡ hòan 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 Kính chúc Thầy, Cô, Ba Mẹ, Anh Chị , bạn sức khỏe hạnh phúc ! TÓM TẮT LUẬN VĂN I TÊN ĐỀ TÀI : Tự động hóa thiết kế tối ưu kết cấu thép dạng dàn phương pháp phần tử hữu hạn có kể đến ràng buộc theo tiêu chuẩn Việt Nam II TÓM TẮT : Cùng với phát triển vượt bậc ngành khoa học lý thuyết, khoa học kỹ thuật ứng dụng, đặc biệt phát triển ngành Công Nghệ Tin Học, 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 Ở đây, khuôn khổ đề tài Luận văn Thạc sỹ, em xin trình bày tóm tắt nội dung trình nghiên cứu lập chương trình máy tính cho việc tự động hóa thiết kế tối ưu kết cấu thép dạng dàn phẳng, dàn không gian có kể đến điều kiện theo TCVN thông qua việc áp dụng phương pháp PTHH để phân tích kết cấu, thuật tóan đơn hình kết hợp với vòng lặp để tìm nghiệm tối ưu Bài tóan thiết kế tối ưu kết cấu thép dạng dàn với hàm mục tiêu trọng lượng thân tòan dàn Các biến thiết kế diện tích tiết diện dàn (ở chọn lọai tiết diện thép ống) Các điều kiện ràng buộc cần thỏa mãn bao gồm : ràng buộc điều kiện bền, ràng buộc điều kiện ổn định Euler, ràng buộc điều kiện chuyển vị, ràng buộc điều kiện kiến trúc, ràng buộc điều kiện độ mãnh giới hạn, điều kiện ràng buộc khác trình thiết lập tóan tối ưu Do ràng buộc ứng suất, chuyển vị, ổn định hàm phi tuyến nên tóan thuộc dạng quy họach phi tuyến Để giải tóan này, ta sử dụng phương pháp chuỗi chương trình tuyến tính nhằm đưa tóan quy họach phi tuyến dạng tóan quy họach tuyến tính, sau sử dụng thuật tóan đơn hình đẻ giải Do đề tài nghiên cứu mang tính tự động hóa nên vấn đề lập chương trình máy tính tự động bao gồm nội dung sau : tự động hóa phân tích kết cấu PPPTHH; tự động hóa thiết lập ràng buộc, hàm mục tiêu; tự động hóa tuyến tính hóa hàm phi tuyến; tự động hóa tìm lời giải tối ưu thuất tóan đơn hình; tự động hóa xử lý kết quả; tự động hóa xuất kết nội lực, chuyển vị, phản lực gối tựa ứng với kết biến thiết kế sau Quá trình giải tóan qui họach phi tuyến dựa chuỗi chương trình tuyến tính đòi hỏi ta thực nhiều vòng lặp mà kết vòng lặp giá trị khởi đầu cho vòng lặp điều kiện hội tụ đạt tới Quá trình lập chương trình máy tính tự động hóa thiết kế tối dựa ngôn ngữ lập trình Matlab 5.3 Trong bao gồm chương trình chương trình con, tất chương trình thể dạng file.M Sau thiết lập chương trình máy tính phục vụ tóan thiết kế tối ưu, tác giả kiểm tra độ xác chương trình ví dụ số cụ thể ứng với sơ đồ kết cấu dàn phẳng, dàn không gian ứng với nhiều trường hợp khác nhau, sau tác giả đưa nhận xét kết luận Luận Văn bao gồm chương : Chương 1: Phần Tổng Quan Chương 2: Bài Toán Tối Ưu Và Các Phương Pháp Thiết Kế Tối Ưu Chương 3: Phương Pháp Quy Hoạch Tuyến Tính Và Thuật Toán Đơn Hình Chương 4: Cơ Sở Và Các Bước Phân Tích Chung Của Phương Pháp Phần Tử Hữu Hạn Sử Dụng Mô Hình Tương Tích Chương 5: Thiết Lập Chương Trình Máy Tính Cho Việc Tự Động Hóa Phân Phân Tích Kết Cấu Khung Không Gian Bằng Phương Pháp Phần Tử Hữu Hạn Chương 6: Các Yêu Cầu Chung Cho Việc Tính Toán Thiết Kế Kết Cấu Dàn Thép Chương 7: Thiết Lập Bài Toán Thiết Kế Tối Ưu Cho Kết Cấu Dàn Thép Không Gian Chương 8: p Dụng Số Vào Chương Trình Tự Động Hóa Thiết Kế Tối Ưu Kết Cấu Chương 9: Kết Luận Và Kiến Nghị ….………….…………… ….Thuyết Minh Luận Văn Thạc sỹ Ngành XDDD_CN…… ….………………… …… MỤC LỤC Nhiệm vụ luận văn Thạc Só Lời Cám Ơn Tóm Tắt Luận Văn Chương 1: PHẦN TỔNG QUAN………………………………………………………………………………………….1 1.1 Sơ lược lịch sư ûquá trình phát triển thiết kế tối ưu……………………………………….1 1.2 Ứng dụng phương pháp tối ưu ngành kinh tế kỹ thuật………………………….2 1.3 Ứng dụng thiết kế tối ưu kết cấu giới………………………………………………….2 1.3.1 Lónh vực tính toán kết cấu thép……………………………………………………….2 1.3.2 Lónh vực tính toán kết cấu bê tông cốt thép………………………………………3 1.4 Những đặc điểm thiết kế kết cấu thép nước ta ………………………3 Chương 2: BÀI TOÁN TỐI ƯU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ TỐI ƯU…………………………………4 2.1 Bài toán tối ưu…………………………………………………………………………………………….4 2.1.1 Một số thuật ngữ……………………………………………………………………………4 2.1.2 Phát biểu toán học toán tối ưu…………………………………………….5 2.1.3 Quá trình lập tối ưu……………………………………………………………………… 2.1.4 Sự tồn tính nghiệm tối ưu………………………………… 2.1.5 Thuận lợi việc sử dụng tối ưu hóa phương pháp số …………….7 2.1.6 Giới hạn tính tối ưu phương pháp số……………………………….…7 2.2 Các phương pháp thiết kế tối ưu……………………………………………………………… ….8 2.2.1- Phương pháp cổ điển …………………………………………………………….………8 2.2.2- Phương pháp tiêu chuẩn tối ………………………………………………………… 2.2.3- Phương pháp quy họach tóan học…………………………………………………….8 2.3- Chọn phương pháp tính toán tối ưu ……………………………………………………………….8 2.3.1- Phương pháp quy hoạch toán học…………………………………………………….8 2.3.2 Các phương pháp giải toán quy hoạch phi tuyến có ràng buộc…….11 2.3.3 Phương pháp dựa chuỗi chương trình tuyến tính …………………11 2.3.4 Giới thiệu phần mềm Matlab 5.3 ………………………………………………… 12 Chương 3: PHƯƠNG PHÁP QUY HOẠCH TUYẾN TÍNH VÀ THUẬT TOÁN ĐƠN HÌNH……………….13 3.1 thuật toán đơn hình từ vựng (ý nghóa giải tích)………………………………….…….13 3.2 Tìm từ vựng xuất phát ……………………………………………………………………………… 15 3.3- Trường hợp mục tiêu không giới nội ………………………………………………………… 15 3.4- Sự nghiệm tối ưu ……………………………………………………………………… 15 3.5- Dạng bảng phương pháp đơn hình ……………………………………………………… 16 3.6 Hiện tượng suy biến ……………………………………………………………………………………16 3.7 Ý nghóa hình học quy hoạch tuyến tính phương pháp đơn hình ……………………16 3.7.1 Điểm cực biên nghiệm sở …………………………………………………….16 3.7.2 Trường hợp tập ràng buộc có dạng tắc……………………………………18 3.7.3 Sự tồn đỉnh đỉnh tối ưu ……………………………………………………… 18 3.7.4 Hiện tượng suy biến …………………………………………………………………… 19 3.7.5 Giải thích hình học phương pháp đơn hình ………………………………………19 Nguyễn HữuT hịnh…………………………………… …TpHCM2003…………………… ………………………… ….………….…………… ….Thuyết Minh Luận Văn Thạc sỹ Ngành XDDD_CN…… ….………………… …… Chương 4: CƠ SỞ VÀ CÁC BƯỚC PHÂN TÍCH CHUNG CỦA PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN SỬ DỤNG MÔ HÌNH TƯƠNG TÍCH ……………………………………………………………………………………….19 4.1 Cơ sở nghiên cứu …………………………………………………………………………………… 19 4.1.1 Nguyên lý công ảo (nguyên lý công khả dó) …………………………………….19 4.1.2 Nguyên lý toàn phần dừng ……………………………………………….21 4.2 Phương pháp phần tử hữu hạn mô hình phân tích kết cấu…………… ………22 4.3 Trình tự phân tích toán kết cấu theo phương pháp phần tử hữu hạn ……………27 4.4 Tính gradient hay độ nhạy (sensitivity) ……………………………………….…………………28 Chương 5: THIẾT LẬP CHƯƠNG TRÌNH MÁY TÍNH CHO VIỆC TỰ ĐỘNG HÓA PHÂN PHÂN TÍCH KẾT CẤU KHUNG KHÔNG GIAN BẰNG PHƯƠNG PHÁP PHẦN TỬ HỮU HẠN……………………………29 5.1 số lý thuyết việc phân tích kết cấu khung không gian ………….29 5.1.1 ký hiệu ………………………………………………………………………………….29 5.1.2 Xác định ma trận độ cứng phần tử hệ toạ độ địa phương ………….30 5.1.3 Xác định ma trận độ cứng phần tử hệ toạ độ tổng thể …………… 30 5.1.4 Xác định ma trận chuyển đổi toạ độ [Gel] ………………………………… ….31 5.1.5 Xác định ma trận độ cứng tổng thể kết cấu [K] ………………………….31 5.1.6 Xác định véc tơ tải tổng thể {P} ………………………………………………………31 5.1.7 Xác định véc tơ chuyển vị nút tổng thể {U}……………………………………….31 5.2 Ma trận chuyển đổi tọa độ phần tử …………………………………………………………… 31 5.2.1 Góc xoay tọa độ không gian ba chiều …………………………………….32 5.2.2 Ma trận chuyển đổi tọa độ …………………………………………………………….33 5.3 Áp đặt điều kiện biên (Quá trình rút gọn ma trận) …………………………………………38 5.4 Lập chương trình máy tính tự động hóa việc phân tích kết cấu khung không gian (frame3d.m) ……………………………………………………………………………………………………………….38 5.4.1 Sau sơ đồ khối chương trình …………………………………………………38 5.4.2 Các file.m sử dụng việc tự động hóa phân tích kết cấu khung không gian …………………………………………………………………………………………………………………40 5.5 p dụng chương trình FRAME3D.m ………………………………………………………………46 5.5.1 gIới thiệu chương trình FRAME3D.m ………………………………………………46 5.5.2 Sử dụng chương trình FRAME3D ……………………………………………………46 Chương 6: CÁC YÊU CẦU CHUNG CHO VIỆC TÍNH TOÁN THIẾT KẾ KẾT CẤU DÀN THÉP ………48 6.1 Các điều kiện tính toán thiết kế kết cấu dàn thép …………………………………….48 6.1.1 Điều kiện bền ………………………………………………………………………………48 6.1.2 Điều kiện ổn định …………………………………………………………………………48 6.1.3 Điều kiện biến dạng (chuyển vị) …………………………………………………….49 6.1.4 Điều kiện độ mảnh giới hạn dàn λmax ………………………….50 Chương 7: THIẾT LẬP BÀI TOÁN THIẾT KẾ TỐI ƯU CHO KẾT CẤU DÀN THÉP KHÔNG GIAN ….50 7.1 Chọn hệ thống đơn vị …………………………………………………………………………………50 7.2 Chọn vật liệu thép …………………………………………………………………………………….50 7.3 Chọn hình dáng tiết diện ngang dàn ………………………………………………… 50 7.4 Xác định biến thiết kế hàm mục tiêu …………………………………………………50 Nguyễn HữuT hịnh…………………………………… …TpHCM2003…………………… ………………………… ….………….…………… ….Thuyết Minh Luận Văn Thạc sỹ Ngành XDDD_CN…… ….………………… …… 7.4.1 Xác định biến thiết kế ………………………………………………………… 51 7.4.2 Xác định hàm mục tiêu ……………………………………………………………… 51 7.5 Xác định ràng buộc cho toán thiết kế tối ưu …………………………………….51 7.5.1 Ràng buộc ứng suất ……………………………………………………………… 51 7.5.2.Ràng buộc ổn định theo công thức Euler …………………………………….51 7.5.3 Ràng buộc điều kiện để áp dụng công thức Euler ………………………52 7.5.4 Ràng buộc điều kiện chuyển vị …………………………………………………52 7.5.5 Ràng buộc độ mảnh giới hạn dàn …………………… 53 7.5.6 Điều kiện giới hạn dịch chuyển (movelimit) phương pháp giải toán qui hoạch phi tuyến dựa chuỗi chương trình tuyến tính …………………53 7.6 Chọn giá trị biến thiết kế ban đầu { X io } …………………………………………………….54 7.7 xác định hệ số {a ji }, {b j }, {ci } chuỗi hàm mục tiêu, ràng buộc từ việc tuyến tính hóa quanh điểm { X io } theo công thức Taylor ……………………………………… 54 7.8 Lập chương trình máy tính phục vụ cho trình tự động hóa thiết kế tối ưu ………………………………………………………………………………………………………………………………….55 7.9 Sơ đồ khối cho chương trình tự động hoá thiết kế tối ưu (MAINPROGRAMME.M) ……………………………………………………………………………………………… 56 Chương 8: ÁP DỤNG SỐ VÀO CHƯƠNG TRÌNH TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT KẾ TỐI ƯU KẾT CẤU THÉP DẠNG DÀN …………………………………………………………………………………………………………………58 8.1 Bài tóan 1: Dàn Phẳng Thanh……………………………………………………………………58 8.2 Bài tóan : Dàn Không Gian Thanh ………………………………………………………….66 8.3.Bài Tóan : Dàn Phẳng Thanh ………………………………………………………………….79 8.4 Bài Tóan : Dàn Phẳng Thanh ………………………………………………………………….82 8.5 Bài Tóan : Dàn Không Gian 24 Thanh ……………………………………………………… 85 8.6 Bài Tóan : Dàn Không Gian 27 Thanh ……………………………………………………… 90 Chương 9: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ …………………………………………………………………………… 98 9.1 kết luận ………………………………………………………………………………………………… 98 9.2 kiến nghị ………………………………………………………………………………………………….98 Tài liệu tham khảo …………………………………………………………………………………………………….99 Nguyễn HữuT hịnh…………………………………… …TpHCM2003…………………… ………………………… ….………….…………… ….Thuyết Minh Luận Văn Thạc sỹ Ngành XDDD_CN…… ….………………… …… CHƯƠNG 1:PHẦN TỔNG QUAN 1.1 Sơ lược lịch sư ûquá trình phát triển thiết kế tối ưu: [11] Việc phân tích kết cấu tối ưu kết cấu nhiều tình xem hai khía cạnh mục đích Vì lý mà chúng phát triển theo thời gian Trong nhiều thời điểm khác nhau, lý thuyết phân tích kết cấu thường quan tâm nhiều Do đó, nhiều đóng góp quan trọng lónh vực lý thuyết phân tích kết cấu theo thực tiễn tạo nhiều khám phá quan trọng lónh vực tối ưu kết cấu Một cách thích hợp để nói công việc Galileo, người tiên phong việc cố gắng mô tả trạng thái ứng suất kết cấu dầm tác dụng tải trọng gây uốn, cho dù kết không xác Ôâng tham gia vào vấn đề tìm kiếm hình dáng tối ưu cho kết cấu dầm sâu có tiết diện thay đổi (Variable depth beam) Công việc nghiên cứu ban đầu phát triển Johan Bernoulli Những nghiên cứu ông cho ứng suất phẳng tiết diện ngang dầm tuân theo định luật Hook từ nảy sinh ứng suất dọc trục tương tự lý thuyết Galileo Từ quan điểm phân tích kết cấu dầm, khám phá quan trọng có tính chất phổ biến Parent vào năm 1708, 1710 Theo đó, ông thừa nhận tồn ứng suất không dọc trục đưa khái niệm trục trung hòa (Neutral Axis) Bằng cách sử dụng lý thuyết này, ông đề xuất vấn đề thiết kế tối ưu cho dầm có ứng suất phân bố chịu tác dụng tải trọng di chuyển Sau đó, Lagrange, người công việc nghiên cứu trước Parent, ôâng thừa nhận lại khái niệm trục trung hòa.Và vào năm 1770-1773, ông tiến hành thiết kế cột tác dụng tảt trọng dọc trục ông phát hình dáng đường cong đàn hồi (the shape of the elastic curve) Từ nghiên cứu này, ông tiến hành thiết kế trọng lượng nhỏ cột có hình dạng đối xứng trục, kết ông thiết kế tối ưu để dẫn đến tiết diện không đổi cột hình trụ tròn không trọng lượng thân giảm dần Tuy nhhiên, vấn đề giải đắn Clausen vào năm 1851 Nghiên cứu lónh vực phát triển bình thường, đến cuối kỷ 19 có đóng góp quan trọng Levy Maxwell Sự đóng góp Levy liên quan đến vấn đề thiết kế kết cấu dàn, vòm với ứng suất phân bố Ông ta kết cấu dạng dàn tam giác Lattice tác dụng tải trọng không đổi phải tónh định để đạt tối ưu Một vài năm trước năm 1869, Maxwell đưa quan điểm lý thuyết kết cấu tối ưu Vấn đề liên quan đến kết cấu dạng dàn có liên kết khớp xoay Pin-Jionted Frameworks chịu tác dụng tải trọng đơn ông đưa định đề sau: ∑ltiσtI ∑lcjσcj = constant, lti, lcj chiều dài phần thử chịu kéo, nén tương ứng ; σtI, σcj ứng suất cho phép phần thử chịu kéo, nén tương ứng Vào năm 1904, A.G.M Michell dựa quan điểm Maxwell để phát triển lý thuyết trình bày thiết kế tối ưu kết cấu dạng dàn có liên kết khớp xoay Pin-Jionted Frameworks chịu ràng buộc ứng suất với trường hợp tải trọng đơn Năm 1943, Smith Cox đưa nguyên lý thiết kế trọng lượng nhỏ Nguyễn Hữu Thịnh…………………………………… …TpHCM2003…………………… ………………………… ….………….…………… ….Thuyết Minh Luận Văn Thạc sỹ Ngành XDDD_CN…… ….………………… …… cho kết cấu chịu nén sau ứng dụng cho kết cấu panel cứng (stiffened panels) Năm 1944, Zahorki nghiên cứu thiết kế tối ưu trọng lượng cho kết cấu dạng Stringer panels Sau Leggett, Hopkins Wittrick tham giam vào thiết kế kết cấu dạng Sandwich panels chịu ràng buộc ổn định Từ hình thành lý thuyết thiết kế tối ưu trọng lượng chịu ràng buộc ổn định Sau này, với phát triển vượt bậc khoa học lý thuyết: toán học, vật lý học,…,khoa học thực nghiệm, với đời máy tính kỹ thuật số, từ phương pháp tối ưu thuật toán tương ứng đời Chính tạo đà cho thiết kế tối ưu phát triển nhanh chóng 1.2 Ứng dụng phương pháp tối ưu ngành kinh tế kỹ thuật: [9], [11], [12] Trong năm gần đây, phương pháp tối ưu hóa ngày áp dụng sâu rộng hiệu vào nghành kinh tế, kỹ thuật, công nghệ thông tin vào ngành khoa học công nghệ khác - 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 - Phân bố hợp lý diện tích trồng trọt ngành nông nghiệp 1.3 ỨNG DỤNG THIẾT KẾ TỐI ƯU KẾT CẤU TRÊN THẾ GIỚI: [9],[10], [11], [12] Trong thiết kế kết cấu công trình nhiều nơi giới người ta áp dụng phương pháp tối ưu hoá vào toán thiết kế toán như: kết cấu thép, kết cấu bê tông cốt thép Quá trình tính toán phức tạp khối lượng tính toán lớn Tuy nhiên, với phát triển máy tính phần mềm lập trình ngày việc giải vấn đề nêu có nhiều thuận lợi 1.3.1 Lónh vực tính toán kết cấu thép: -Thiết kế tối ưu kết cấu dạng dàn có sơ đồ hình học cho trước (Optimal Design of Trusses of Specified) với biến thiết kế Xi diện tích tiết diện ngang dàn, hàm mục tiêu Z trọng lượng daøn n Z = ρ ∑ Li X i i =1 Trong : ρ : trọng lượng riêng dàn Li : chiều dài dàn Xi : tiết diện dàn Trong trình tính toán để Z đạt giá trị nhỏ nhất, biến Xi phải xác định cho kết cấu dàn thỏa mãn yêu cầu ràng buộc gồm : ứng suất kéo nén (compressive stress, tensile stress), chuyển vị (displacement), độ ổn định Euler (Euler Nguyễn Hữu Thịnh…………………………………… …TpHCM2003…………………… ………………………… ….………….…………… ….Thuyết Minh Luận Văn Thạc sỹ Ngành XDDD_CN…… ….………………… …… buckling)… - Thiết kế tối ưu trọng lượng kết cấu dạng dàn vớiù sơ đồ hình học không cho trước (Optimal Design of Trusses including Configuration Variables), biến thiết kế bao gồm: tiết diện ngang dàn, biến liên quan đến hình dạng hình học, vị tướng kết cấu dàn - Thiết kế tối ưu dầm hộp thép, dầm tổ hợp thép với hàm mục tiêu trọng lượng dầm với biến kích thước cánh bụng dầm Các ràng buộc cần thỏa mãn ứng suất độ ổn định - Thiết kế tối ưu hình dáng phận khí liên quan đến khí động lực học (Aerodynamic Shape Optimization): thiết kế tối ưu kết cấu thép cho đuôi trực thăng, cánh máy bay, vỏ máy bay… - Thiết kế tối ưu dàn thép anten 55 phân tử, dàn thép 200 phân tử 1.3.2 Lónh vực tính toán kết cấu bê tông cốt thép: - Ứng dụng thiết kế tối ưu kết cấu BTCT thường (Reinforced Concrete Structure), BTCT dự ứng lực (Prestressed Concrete Structure) - Thiết kế tối ưu cho dầm, khung BTCT thường - Thiết kế tối ưu cho sàn BTCT thường - Thiết kế tối ưu cho dầm BTCT dự ứng lực - Thiết kế tối ưu cho sàn BTCT dự ứng lực Ở nước ta, phương pháp tối ưu hoá nghiên cứu áp dụng nghành xây dựng Tuy nhiên, công tác thiết kế kết cấu công trình phương pháp tối ưu hoá chưa nghiên cứu sâu để áp dụng cách thức phổ biến 1.4 Những đặc điểm thiết kế kết cấu thép nước ta : Trong thiết kế kết cấu thép nước ta đặc biệt kết cấu khung,dàn trình tự thiết kế thường theo bước sau : Chọn trước kích thước tiết diện cấu kiện theo kinh nghiệm có kết hợp với số điều kiện cấu tạo yêu cầu kiến trúc Tính toán nội lực giai đoạn đàn hồi (Dùng phần mềm phổ biến phân tích kết cấu phương pháp PTHH giải trực tiếp phương pháp học kết cấu) Thiết kế lại tiết diện ngang thép theo nội lực tính toán tiết diện chọn theo trạng thái giới hạn Kiểm tra điều kiện cấu tạo, giới hạn chuẩn bị, độ võng,v.v… Khi không thỏa điều kiện yêu cầu chọn lại kích thước tiết diện tính toán lại theo trình tự * Vấn đề cần nghiên cứu: Với bước thiết kế kết cấu thép trình bày đây, ta nhận thấy có nhiều phương án thiết kế thỏa mãn yêu cầu làm việc bền vững công trình người thiết kế cần tìm phương án có phương án thiết kế Vì vậy, người thiết kế không khẳng định phương án có tốt phương án khác hay không Trong số nơi giới người ta áp dụng phương pháp tối ưu Nguyễn Hữu Thịnh…………………………………… …TpHCM2003…………………… ………………………… ... , bạn sức khỏe hạnh phúc ! TÓM TẮT LUẬN VĂN I TÊN ĐỀ TÀI : Tự động hóa thiết kế tối ưu kết cấu thép dạng dàn phương pháp phần tử hữu hạn có kể đến ràng buộc theo tiêu chuẩn Việt Nam II TÓM TẮT... việc thiết kế kết cấu theo tiêu chuẩn thiết kế họ Chính tác giả nhận thấy việc áp dụng phương pháp thiết kế tối ưu vào trình thiết kế kết cấu thép theo tiêu chuẩn Việt Nam cần thiết Hàm mục tiêu. .. hóa phân tích kết cấu PPPTHH; tự động hóa thiết lập ràng buộc, hàm mục tiêu; tự động hóa tuyến tính hóa hàm phi tuyến; tự động hóa tìm lời giải tối ưu thuất tóan đơn hình; tự động hóa xử lý kết