Tối ưu đa mục tiêu giàn thép phi tuyến có biến thiết kế liên tục bằng thuật toán NSGA-II

Bài viết Tối ưu đa mục tiêu giàn thép phi tuyến có biến thiết kế liên tục bằng thuật toán NSGA-II trình bày bài toán thiết kế tối ưu đa mục tiêu cho giàn thép với 2 mục tiêu cơ bản là khối lượng giàn và chuyển vị ngang của đỉnh giàn là nhỏ nhất. Biến thiết kế là diện tích tiết diện các thanh giàn trong một khoảng giá trị cho trước.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tối ưu đa mục tiêu giàn thép phi tuyến có biến thiết kế liên tục bằng thuật toán NSGA-II KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG TỐI ƯU ĐA MỤC TIÊU GIÀN THÉP PHI TUYẾN CÓ BIẾN THIẾT KẾ LIÊN TỤC BẰNG THUẬT TOÁN NSGA-II MULTI-OBJECTIVE OPTIMIZATION OF NONLINEAR INELASTIC STEEL TRUSSES WITH CONTINUOUS DESIGN VARIABLES USING NSGA-II MAI SỸ HÙNGa* a Khoa Công trình thủy, Trường Đại học Xây dựng Hà Nội *Tác giả liên hệ: Email: hungms@huce.udn.vn Ngày nhận bài: 21/11/2022, Sửa xong: 19/12/2022, Chấp nhận đăng: 21/12/2022 Tóm tắt: Cùng sự phát triển nhanh chóng của kỹ above is solved by NSGA-II (Non-dominated sorting thuật máy tính, thiết kế tối ưu ngày càng được ứng GA-II) algorithm. A 47-bar planar truss is studied to dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực của cuộc sống. Trong illustrate the optimal design problem. The results bài toán tối ưu công trình, do sự đa dạng và thậm chí show that the NSGA-II algorithm is very effective in là mâu thuẫn lẫn nhau giữa các mục tiêu mong muốn solving the given optimization problem. của kỹ sư thiết kế, tối ưu đa mục tiêu thu hút ngày Keywords: Steel truss; Direct design; càng nhiều sự quan tâm của các nhà khoa học. Trong bài báo này, tác giả trình bày bài toán thiết kế tối ưu Optimization; NSGA-II; Multi-Objective. đa mục tiêu cho giàn thép với 2 mục tiêu cơ bản là 1. Đặt vấn đề khối lượng giàn và chuyển vị ngang của đỉnh giàn là nhỏ nhất. Biến thiết kế là diện tích tiết diện các thanh Kết cấu giàn thép được sử dụng rất rộng rãi trong giàn trong một khoảng giá trị cho trước. Phân tích công trình dân dụng và công nghiệp nhờ ưu điểm vượt trực tiếp được sử dụng để mô tả ứng xử phi tuyến trội của dạng kết cấu này về phát huy tối đa khả năng cũng như tính toán khả năng chịu tải lớn nhất của làm việc của vật liệu qua đó cho phép vượt nhịp lớn, công trình. Bài toán tối ưu được thiết lập ở trên được tiết kiệm chi phí. Do đặc tính của vật liệu thép, trong giải quyết bằng thuật toán di truyền NSGA-II (Non- thiết kế kết cấu giàn thép, các ứng xử phi tuyến về cả dominated sorting GA-II). Một giàn phẳng 47 thanh hình học và vật liệu cần được xem xét. Trong các được nghiên cứu nhằm minh họa cho bài toán thiết phương pháp thiết kế truyền thống, các đặc tính phi kế tối ưu được xây dựng. Kết quả cho thấy thuật toán tuyến này thường được xét đến thông qua các công NSGA-II rất hiệu quả trong việc giải quyết bài toán tối thức kiểm tra sự an toàn và ổn định của các thanh giàn ưu được đặt ra. được cung cấp trong các tiêu chuẩn thiết kế. Quá trình Từ khóa: Giàn thép; Phân tích trực tiếp; Tối ưu; tính toán nội lực của công trình vẫn là phân tích tuyến NSGA-II; Đa mục tiêu. tính đàn hồi. Phương pháp này không mô tả được ứng Abstract: Thank to the rapid development of xử phi tuyến thực tế của công trình khi chịu tải, cũng computer technology, optimization design has been như số lượng tính toán là khá nhiều khi mọi thanh giàn increasingly widely applied in all areas of life. In đều phải được kiểm toán. Gần đây, cùng với sự phát structural optimization, due to the variety and even triển mạnh mẽ của khoa học máy tính, các phương contradiction between the desired goals of design pháp phân tích trực tiếp được ứng dụng nhiều hơn và engineers, multi-objective optimization attracts more đem lại nhiều kết quả khả quan [1-6]. Phân tích trực and more attention from scientists. In this paper, the tiếp được thực hiện dựa trên cơ sở xem xét tải trọng author presents the multi-objective optimization tác dụng lên công trình thành các bước tải trọng nhỏ design problem for steel truss with two basic và xác định ứng xử công trình theo các bước tải đó. objectives: the truss mass and the horizontal Chính vì vậy, các phương pháp này cho phép xác định displacement of the top of the truss is minimized. The được mối quan hệ giữa ứng xử của công trình và tải design variables are the cross-sectional areas of the trọng. Đồng thời, khả năng chịu tải lớn nhất của toàn structure that are in the defined ranges. Direct bộ công trình cũng được xác định. Việc kiểm tra sự an analysis is used to capture the nonlinear behavior as toàn của kết cấu được thực hiện bởi một bước đơn well as calculate the maximum load-carrying capacity giản là so sánh khả năng chịu tải của công trình và tải of the structure. The optimization problem set up trọng tác dụng. 18 Tạp chí KHCN Xây dựng - số 4/2022 KẾT CẤU - CÔNG NGHỆ XÂY DỰNG Bên cạnh đó, để các giải pháp thiết kế đưa ra Trong bài báo này, tác giả sẽ trình bày bài toán mang tính hiệu quả cao, tối ưu hóa cũng được các tối ưu đa mục tiêu cho kết cấu giàn thép sử dụng nhà khoa học quan tâm nghiên cứu và ứng dụng phân tích trực tiếp để xét đến ứng xử phi tuyến của ngày càng nhiều trong thiết kế kết cấu giàn [7-8]. Các công trình. Hai mục tiêu tối ưu được xem xét là khối bài toán tối ưu thông thường tập trung trong việc tối lượng giàn và chuyển vị ngang của đỉnh giàn là nhỏ thiểu hóa khối lượng của hệ giàn [7-8] và từ đó giá nhất. Biến thiết kế của bài toán tối ưu là diện tích tiết thành xây dựng cũng được tiết kiệm. Tuy nhiên, trong diện các thanh giàn được giới hạn một khoảng giá trị thực tế, khá nhiều trường hợp các nhà thiết kế đứng cho trước. Thuật toán di truyền NSGA-II (Non- trước nhiều mục tiêu tối ưu cần xem xét, thậm chí đôi ...