Tối ưu hệ giằng của khung thép phi tuyến sử dụng phương pháp thiết kế nâng cao và thuật toán tiến hóa

Bài báo "Tối ưu hệ giằng của khung thép phi tuyến sử dụng phương pháp thiết kế nâng cao và thuật toán tiến hóa" nhằm tối ưu hệ giằng của khung thép phi tuyến có xét đến sự chảy dẻo của vật liệu. Trong đó, phương pháp thiết kế nâng cao được sử dụng để phân tích các ứng xử của kết cấu. Phương pháp này sử dụng hàm ổn định thay vì hàm nội suy bậc ba Hermit để xấp xỉ trường chuyển vị của phần tử dầm và cột. Mời các bạn cùng tham khảo!
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Tối ưu hệ giằng của khung thép phi tuyến sử dụng phương pháp thiết kế nâng cao và thuật toán tiến hóa 522 Tuyển tập công trình Hội nghị Cơ học toàn quốc lần thứ XI, Hà Nội, 02-03/12/2022 Tối ưu hệ giằng của khung thép phi tuyến sử dụng phương pháp thiết kế nâng cao và thuật toán tiến hóa Bùi Trung Phú1,2, Đặng Duy Khanh1,2,3, Trương Hiệp Hòa1,2, Lương Văn Hải1,2, Nguyễn Công Huân4, Liêu Xuân Quí1,2* 1 Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM 2 Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh 3 Khoa Kỹ thuật Xây dựng, Trường Đại học Nguyễn Tất Thành 4 Khoa Kỹ thuật Công trình, Trường Đại học Công nghệ Sài Gòn *Email: lieuxuanqui@hcmut.edu.vn Tóm tắt. Bài báo này nhằm tối ưu hệ giằng của khung thép phi tuyến có xét đến sự chảy dẻo của vật liệu. Trong đó, phương pháp thiết kế nâng cao được sử dụng để phân tích các ứng xử của kết cấu. Phương pháp này sử dụng hàm ổn định thay vì hàm nội suy bậc ba Hermit để xấp xỉ trường chuyển vị của phần tử dầm và cột. Bởi vì các hàm này đạt được từ nghiệm chính xác, vì vậy một cấu kiện dầm cột có thể mô hình chỉ bởi một phần tử. Các cấu kiện thanh giằng được mô hình hóa bởi phần tử dàn. Bài toán nhằm tối ưu cách bố trí hệ giằng và tiết diện của nó sao cho tổng trọng lượng của nó là nhỏ nhất, nhưng vẫn thỏa mãn các ràng buộc về cường độ, chuyển vị lệch tầng và chuyển vị tổng thề. Thuật toán tối ưu HDS (hybrid differential evolution and symbiotic organisms search) sẽ được sử dụng để giải bài toán tối ưu trên. Ngôn ngữ Python sẽ được sử dụng để lập trình trong nghiên cứu này. Một khung thép không gian 2 tầng được giằng sẽ được trình bày để minh họa khả năng mạnh mẽ của phương pháp đề xuất. Từ khóa: Tối ưu hóa, khung thép phi tuyến, hệ giằng X, thiết kế nâng cao, thuật toán tối ưu HDS.1. Giới thiệu Đối với hầu hết các công trình được làm bằng vật liệu thép, hệ giằng đóng một vai trò cực kì quantrọng trong việc chống lại các tải trọng ngang và giữ ổn định tổng thể cho hệ kết cấu. Các đặc điểm củamột giằng bao gồm vị trí, tiết diện và hình dáng của hệ giằng (X-, K và V-, v.v…). Vì vậy, việc thiết kếvà bố trí hệ giằng sao cho tối ưu nhất luôn được quan tâm hàng đầu. Tuy vậy, hầu hết các kỹ sư thiết kếkết cấu chỉ bố trí và thiết kế hệ giằng theo chỉ dẫn của các tiêu chuẩn liên quan và theo kinh nghiệm. Dođó, chúng chưa đóng góp vào việc tạo ra các ứng xử tốt nhất cho hệ kết cấu. Để giải quyết vấn đề này,tối ưu hóa là một công cụ lựa chọn cực kì hiệu quả. Tuy vậy, việc lựa chọn một thuật toán hiệu quả đểtìm ra các nghiệm chất lượng tốt với chi phí tính toán phù hợp cũng là một khía cạnh cần xem xét. Vềkhía cạnh này, Gholizadeh và Poorhoseini [1] đã sử dụng thuật toán IDE (improved dolphinecholocation) để tối ưu vị trí và tiết diện hệ giằng X của khung thép phẳng chịu động đất. Gholizadehvà Ebadijalal [2] cũng đã tối ưu hệ giằng X với thuật toán CMO (center of mass optimization). Trongcả hai nghiên cứu trên, các ứng xử phi tuyến hình học và vật liệu được mô phỏng bằng phần mềmOpenSees [3]. Trong đó, trường chuyển vị của phần tử được xấp xỉ bởi hàm nội suy Hermit bậc 3. Dođó, mỗi cấu kiện cần phải được mô phỏng bởi nhiều phần tử để đạt được chính xác tốt. Và điều này làmcho chi phí tính toán của quá trình phân tích trở nên tốn kém hơn, đặc biệt cho các kết cấu lớn. Để giải quyết vấn đề trên, phương pháp phân tích nâng cao [4, 5] đã được đề xuất và đã đượcchấp thuận áp dụng trong tiêu chuẩn Mỹ. Trong phương pháp này, hàm ổn định thu được từ nghiệmchính xác của bài toán dầm-cột chịu lực dọc và moment uốn hai đầu được dùng để mô tả chính xáctrường chuyển vị của phần tử thay vì dùng hàm nội suy Hermit như phương pháp phần tử truyền thống.Kết quả là, mỗi cấu kiện chỉ cần dùng một phần tử trong phân tích phần tử hữu hạn. Các ứng xử về phituyến hình học bao gồm P-δ và P-∆ đều được xét đến. Sự hình khớp dẻo ở hai đầu phần tử cũng đượckể đến dễ dàng thông qua mặt dẻo Orbison [6]. Ngoài ra, phương pháp này không cần kiểm tra khả năng 523 2 Bùi Trung Phú, Đặng Duy Khanh, Trương Hiệp Hòa, Lương Văn Hải, Nguyễn Công Huân, Liêu Xuân Quí chịu lực của từng cấu kiện riêng lẽ được cho bởi các phương trình theo các tiêu chuẩn sau quá trình phân tích nội lực. Mà bước này đã được tích hợp sẵn vào trong quá trình phân tích. Vì vậy, phương pháp có thể đánh giá được chính xác hơn ứng xử tổng thể của hệ kết cấu. Mặc dù phương pháp có những đặc tính nổi bật như vậy, nhưng việc tích hợp phương pháp nâng cao vào trong ...