Báo cáo nghiên cứu khoa học: MỘT PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MỜ KẾT CẤU

Mở đầu Cho đến nay đã có các phương pháp phân tích kết cấu khác nhau để thiết kế, đánh giá an toàn công trình. Do đặc điểm và tính chất của các tham số tham gia bài toán mà người ta sử dụng các phương pháp toán học khác nhau. Theo các công cụ toán học sử dụng, ta có thể phân ra: phân tích tất định (deterministic analysis); phân tích ngẫu nhiên (stochastic analysis) và phân tích mờ (fuzzy analysis) [1, 2,…]....
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Báo cáo nghiên cứu khoa học: "MỘT PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MỜ KẾT CẤU" MỘT PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH MỜ KẾT CẤUGS. TS. NGUYỄN VĂN PHÓTrường Đại học Xây d ựngThS. NGUYỄN XUÂN ANBan Công nghệ Thông tin, Hàng không Việt Nam1. Mở đầu C ho đ ế n nay đã có các phư ơng pháp phân tích kết cấu kh ác nhau để thiết kế, đánh giá an toàncông trình. Do đặc điể m và tính chất c ủa các tham s ố t ham gia bài toán mà ng ư ời ta sử d ụng các phư ơ ng pháptoán học khác nhau. T heo các công c ụ t oán họ c sử dụ ng, ta có thể phân ra: phân tích t ất đị nh ( deterministic analysis);phân tích ng ẫ u nhiên (stochastic analysis) và p hân tích m ờ (fuzzy analysis) [1, 2, …]. Trong phân tích tất đị nh, ngư ời ta thừ a nhậ n các tham s ố là các đại lư ợ ng tất đị nh, nghĩ a là khôngtính đ ến các sai l ệch ngẫ u nhiên. V ới mô hình tất đị nh ngư ời ta dùng công c ụ t oán h ọc chính xác ( đạis ố, phư ơng trình vi phân, các ph ư ơng pháp số t hông d ụng,..) để p hân tích kết cấu. Nó là mô hình lýtư ở ng, ít xả y ra trong thự c t ế. Trong tr ư ờng h ợp có các tham s ố n gẫ u nhiên tham gia bài toán (tải tr ọ ng, vật li ệu, hình họ c), đểphân tích ngư ờ i ta phải dùng công c ụ xác suất thố ng kê và quá trình ng ẫu nhiên. Trong phân tích ng ẫunhiên, mộ t yêu c ầu đ ặt ra là phải xác đị nh các đặ c trưng b ằ ng s ố c ủa các đại lư ợng ngẫ u nhiên hay cácquá trình ngẫ u nhiên (kỳ vọ ng, phư ơng sai, dừ ng, không dừ ng...). Để c ó các đặ c trưng ngẫ u nhiên thìph ải xử l ý số liệ u thự c nghi ệ m, nhi ều trư ờng h ợp trong th ực tế k hông đủ số liệ u, chỉ ư ớc lư ợ ng đư ợ cnằ m trong m ộ t khoả ng nào đó, mà không r õ phân b ố, m ơ hồ về giá trị ... nghĩa l à mờ (fuzzy). Trongcác trư ờng h ợp đó ph ải phân tích kết c ấu m ờ, công c ụ t oán h ọc là lý thuyết t ậ p mờ h oặc các lý thuy ếttoán với thông tin không chính xác (uncertainly) [3, 4, …]. L ớp bài toán như v ậy thư ờng gặ p trong nghiên c ứ u các công trình chị u thiên tai bất t hư ờ ng do bi ếnđổi khí hậ u, ch ẩn đoán kỹ t huật công trình thi ếu s ố li ệu, đ ánh giá an toà n của công trình do bom đạnbất ngờ … M ột trong nhữ ng m ụ c tiêu chính c ủ a phân tích kế t cấ u là đánh giá m ứ c đ ộ an toàn. Trong phân tích tất đị nh, đánh giá an toàn b ằng các bất đ ẳ ng thứ c t ất đị nh. Chẳng h ạn, ki ểm trabề n thì dùng : 0  max     (1) n Trong đ ó:  max - ứ ng suất kéo c ực đại,   - ứ ng suất cho phép,  0 - ứng suất ch ảy củ a vật liệu, n -hệ s ố an toàn. Trong phân tích ngẫu nhiên (1) đ ư ợc thay b ởi: P( max   0 )   P (2) (2) Trong đ ó xác suất cho phép [P] đ ư ợc xác đị nh theo các tiêu chuẩ n thiết kế [ 5, 6];  max là một hàmng ẫu nhiên,  0 là m ột đại lư ợ ng ng ẫu nhiên đư ợ c xác đị nh bằng thự c nghiệ m, có thể t ìm xác xuất (2)theo các phư ơ ng pháp lý thuyết độ tin c ậ y [7, 8, 9, … .] Trư ờ ng hợ p có bi ế n m ờ t ham gia thì (2) đư ợ c tính theo các phư ơ ng pháp c ủa phân tích độ tin c ậym ờ. Tron g tình hình biế n đổi khí hậu hi ện nay, các s ố l iệu về t ự n hiên trong th ời gian qua là không đủtin c ậy, các s ố liệ u m ớ i thì thiế u hoặc bi ến thiên b ất thư ờng. Vì vậ y, nghiên cứ u phư ơng pháp phân tích m ờ k ết cấ u là đi ề u c ầ n thiết và c ấ p bách. Hiện nay đãcó m ột s ố c ông trình nghiên c ứ u về p hân tích m ờ k ết cấu [10,11,12,13,14, … ]. Trong đ ó ngư ời ta ch ấpnh ận trư ớc đ ầu ra là mộ t đại l ư ợ ng m ờ c ó dạ ng hàm thuộ c (membership function) cho tr ư ớ c, song cònchứa m ột số hằng số c hư a xác đị nh (tam giác, hình thang, hình q uả c huông, v.v..), từ đ ó dùng nguyênlý m ở r ộ ng của Lotfi Zadeh [15], dẫn t ớ i bài toán cự c trị, giải bài toán cự c trị ta tìm đ ư ợ c đầ u ra. Trong bài vi ết này các tác giả đề xu ất một phư ơ ng pháp phân tích m ờ k ết cấu, trong đó không giảthi ết trư ớc dạ ng hàm t hu ộc của đầ u ra, không thành l ập bài toán cự c trị , mà sử dụ ng ý tư ởng “ hồiquy” (regresion), nh ờ v ào việ c xác đị nh các t ổ h ợp kh ả dĩ c ủa đầ u vào m ờ c ho quá trình phân tích(đầ u vào mờ c huyể n v ề đầ u vào là mộ t tậ p hợ p các tổ h ợp nhất đị nh). Để m inh h ọa cho p hư ơ ng pháp đ ề xuất, m ột thí dụ đơ n gi ả n đã đư ợc xét.2. Sơ đồ phân tích mờ kết cấu M ở r ộng k ết qu ả trong [14], s ơ đ ồ phân tích mờ kết cấ u đư ợc trình bày chi tiết h ơn nh ư s au: Mô h ình Phân tích mờ kết Xác định hóa kết cấu Đầu ra Giải mờ Ứng dụng đầu v ào cấu (structural fuzzy (Output) (Defuzifier) (application) (structural (Input) analysis) modelling) Hình 1. Sơ đồ phân tích mờ kết cấu3. Mô hình hóa kết cấu M ô hình hóa k ết cấ u là khâu quan tr ọng c ủa quá trình phân tích, song ch ưa đư ợc ch ú ý khi đào tạokỹ sư xây d ự ng. Nếu mô hình hóa không chính xác thì ch ắc c hắ n kết quả phân tích không đáng tin c ậy. Từ m ột k ết cấ u thự c hay mộ t công trình gi ả đị nh (trên bả n vẽ c ủ a các kiến trúc s ư), để đư a vàotính toán kiể m tra cầ n mô hình hóa thành m ột sơ đồ đ ơn giả n hơ n, chỉ gi ữ lại nhữ ng nét c ơ bả n củ a hệth ực. C hẳ ng hạ n mộ t ngôi nhà nhi ề u t ầng đ ư ợ c mô hình hóa thành m ột khung nhiề u tầ ng trong tính toánnội lự c, thành m ộ t công- xôn trong tín h toán dao đ ộng đ o độ ng đất … Trong mô hình hóa kết cấ u, ta ph ải xác đị nh các tham s ố: tải tr ọ ng, hình họ c, vật li ệu,... các thams ố này thư ờ ng có 3 dạng: tất đị nh, ng ẫ u nhiên và m ờ. Chúng là đầ u vào cho quá trình tính toán.3.1. Đầu vào Các tham s ố : tất đị ...