Tích hợp thuật toán Jellyfish Search với phương pháp phần tử hữu hạn để tối ưu trọng lượng kết cấu với ràng buộc tần số dao động riêng

Nghiên cứu xây dựng mô hình tối ưu hóa tìm kiếm sứa (Jellyfish Search, JS) được tích hợp với phương pháp phần tử hữu hạn (Finite element method, FEM) thành mô hình JS-FEM. Mô hình JS-FEM áp dụng giải quyết ba bài toán tối ưu hóa trọng lượng cho giàn 37 thanh, giàn 72 thanh và vòm giàn 600 thanh với ràng buộc tần số dao động riêng.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tích hợp thuật toán Jellyfish Search với phương pháp phần tử hữu hạn để tối ưu trọng lượng kết cấu với ràng buộc tần số dao động riêng w w w.t apchi x a y dun g .v n nNgày nhận bài: 10/4/2023 nNgày sửa bài: 04/5/2023 nNgày chấp nhận đăng: 06/6/2023 Tích hợp thuật toán Jellyfish Search với phương pháp phần tử hữu hạn để tối ưu trọng lượng kết cấu với ràng buộc tần số dao động riêng Intergarting Jellyfish seach optimizer with finite element method to optimize structural weight under multiple natural frequency constraints > THS HOÀNG TRUNG THỐNG1, TS TRƯƠNG ĐÌNH NHẬT2* 1 GV Khoa Tài nguyên nước, Trường ĐH Tài nguyên và Môi trường TP.HCM Email: htthong@hcmunre.edu.vn 2* GV Khoa Xây dựng, Trường Đại học Kiến trúc TP. HCM; Email: nhat.truongdinh@uah.edu.vn 1. GIỚI THIỆU TÓM TẮT Các đặc tính động lực học của kết cấu có thể được cải thiện Nghiên cứu xây dựng mô hình tối ưu hóa tìm kiếm sứa (Jellyfish đáng kể bằng cách kiểm soát tần số riêng, đây là thông số quan Search, JS) được tích hợp với phương pháp phần tử hữu hạn (Finite trọng nhất ảnh hưởng đến thành phần động của kết cấu khi chịu rung động tự do [1-3]. Bằng cách phân tích các tiết diện của kết element method, FEM) thành mô hình JS-FEM. Mô hình JS-FEM áp cấu với điều kiện tần số dao động riêng có thể thực hiện việc cải dụng giải quyết ba bài toán tối ưu hóa trọng lượng cho giàn 37 tiến các đặc trưng động của kết cấu. Tối ưu hóa kết cấu dưới các thanh, giàn 72 thanh và vòm giàn 600 thanh với ràng buộc tần số ràng buộc về tần số cho phép kiểm soát các đặc tính động của kết cấu [4]. dao động riêng. Kết quả số từ JS-FEM được so sánh với kết quả đã Các bài toán tối ưu hóa với ràng buộc tần số dao động riêng là công bố trước đây minh chứng cho sự hiệu quả của mô hình này bài toán phi tuyến, không lồi và đa phương đối với các biến thiết kế [5]. Việc thay đổi các tần số dao động do thay đổi kích thước và trong bài toán tối ưu hóa kết cấu có ràng buộc tần số dao động hình dạng dẫn đến khó khăn trong việc giải các bài toán tối ưu hóa riêng với kết quả trọng lượng và số lần lặp của bước phân tích kết với ràng buộc này, chúng có thể gây ra nhiều khó khăn về hội tụ cấu cũng nhỏ hơn so với một số công bố đã được trích dẫn gần đây. của lời giải [1]. Do đó, các phương pháp tối ưu hóa cổ điển phụ thuộc vào thông tin về độ dốc của tần số đối với các biến thiết kế Từ khóa: Trình tối ưu hóa tìm kiếm sứa; phương pháp phần tử hữu có thể rất ít hiệu quả [6]. Vì vậy, các thuật toán tối ưu hóa hạn; tối ưu hóa; tần số dao động riêng. Metaheuristic được lựa chọn như các giải pháp thay thế. Trong vài thập kỷ gần đây, một trong những lĩnh vực nghiên cứu nỗi trội nhất trong kỹ thuật tối ưu hóa gần đúng là các thuật ABSTRACT toán tối ưu hóa Metaheuristic [7-13]. Dựa trên các kỹ thuật này, các This study aims to intergate Jellyfish search (JS) optimizer with bài toán tối ưu khó và thậm chí cả các bài toán Nondeterministic Polynomial Time (NP) được tìm thấy những lời giải tối ưu hoặc gần the finite element method (FEM) to optimize structural weight tối ưu [12, 14-16]. Metaheuristic được sử dụng nhiều trong kỹ thuật under multiple natural frequency constraints. The proposed model ứng dụng bởi các lý do sau: (1) dễ thiết kế và thực hiện; (2) không sử dụng thông tin độ dốc trong quá trình tối ưu hóa; và (3) có thể (JS-FEM) is applied to to solve three weight optimization áp dụng rộng rãi cho nhiều bài toán tối ưu hóa [7, 16-19]. problems, including a 37-bar truss, 72-bar truss, and 600-bar Do đó, các thuật toán metaheuristic dùng để thiết kế các kết single layer dome truss. Results obtained by JS-FEM are cấu với ràng buộc tần số dao động riêng đã được nhiều nhà nghiên cứu sử dụng trong những năm gần đây. Gomes (2011) đã validated by literatures, and indicate that JS-FEM not only can find kiểm tra việc tối ưu hóa hình dạng và kích thước của giàn với điều better results but also use fewer number of structural analysis kiện tần số dao động riêng bằng cách sử dụng thuật toán tối ưu (NSA). Therefore, JS-FEM is an effective tool to optimize hóa bầy đàn (Particle Swarm Optimization-PSO). Kết quả của Gomes cho thấy PSO hoạt động tương tự như các phương pháp structural weight under multiple natural frequency constraints. khác và thậm chí còn tốt hơn trong một số trường hợp so sánh Keywords: Jellyfish search optimizer, finite element method, [20]. Thêm vào đó, Linh Van và cộng sự (2005) đã tối ưu hóa hình dạng và kích thước của giàn với các ràng buộc tần số bởi đề xuất metaheuristic optimization, natural frequency constraints. ...