Ví dụ như một người nông dân có 1 diện tích đất trồng trọt rất lớn.
Tuy nhiên ông ta chỉ có lượng lưới thép dài 200 m dùng để làm hàng
rào. Như vậy ông ta sẽ cần giải bài toán để tìm kích thước thửa đất
trồng trọt sao cho chu vi của nó bằng 200 m, và diện tích bên trong
của nó lớn nhất có thể để năng suất canh tác của ông ta được lớn
nhất
Cũng tương tự như trường hợp 1, nhưng lúc này người nông dân
cần một diện tích trồng trọt là 1 hécta trên tổng diện tích 20 hécta
mà ông ta có. Lúc này ông cũng cần biết nên chọn kích thước thửa
đất như thế nào, để nguyên vật liệu làm hàng rào của ông ta là ít
nhất có thể.
60 trang |
Chia sẻ: thanhle95 | Lượt xem: 479 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Bài giảng Tối ưu hóa trong thiết kế cơ khí - Chương 9: Các bài toán tối ưu hóa trong thiết kế cơ khí, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Trường Đại học Công nghiệp thành phố Hồ Chí Minh
Khoa Công nghệ Cơ khí
CHƯƠNG 09:
CÁC BÀI TOÁN TỐI ƯU HÓA TRONG
THIẾT KẾ CƠ KHÍ
Thời lượng: 6 tiết
2
Thiết kế về hình dạng
1x
2x
Thiết kế hình chữ nhật trong 2 trường
hợp sau:
a) Chu vi của nó bằng C và diện tích
của nó lớn nhất có thể
b) Diện tích của nó bằng S và chu vi
của nó nhỏ nhất có thể
Gọi x1, x2 là độ dài 2 cạnh của hình chữ nhật, ta có các công thức:
Chu vi hình chữ nhật: 1 22P x x
Diện tích hình chữ nhật: 1 2A x x
Mô hình toán 1: Mô hình toán 2:
1 2 1 2
1 2 1 2
1 2
, max
, 2 0
, 0
f x x x x
g x x x x C
x x
1 2 1 2
1 2 1 2
1 2
, 2 min
, 0
, 0
f x x x x
g x x x x A
x x
3
Ví dụ như một người nông dân có 1 diện tích đất trồng trọt rất lớn.
Tuy nhiên ông ta chỉ có lượng lưới thép dài 200 m dùng để làm hàng
rào. Như vậy ông ta sẽ cần giải bài toán để tìm kích thước thửa đất
trồng trọt sao cho chu vi của nó bằng 200 m, và diện tích bên trong
của nó lớn nhất có thể để năng suất canh tác của ông ta được lớn
nhất
Mảnh cần rào lại để trồng trọt
4
Mảnh cần rào lại để trồng trọt
Cũng tương tự như trường hợp 1, nhưng lúc này người nông dân
cần một diện tích trồng trọt là 1 hécta trên tổng diện tích 20 hécta
mà ông ta có. Lúc này ông cũng cần biết nên chọn kích thước thửa
đất như thế nào, để nguyên vật liệu làm hàng rào của ông ta là ít
nhất có thể.
5
Quy trình 1 lập mô hình toán tối ưu hóa
Xác định toàn bộ các tham biến thiết kế của bài toán,
nó sẽ bao gồm 2 loại:
- Các tham biến không đổi, còn gọi là hằng số
- Các tham biến có thể thay đổi, còn gọi là tham biến điều khiển
Xác định hàm mục tiêu dựa vào yêu cầu của đề bài
Xác định các điều kiện ràng buộc kỹ thuật của bài toán
Xác định các kiến thức cần thiết để tính được hàm
mục tiêu và các hàm ràng buộc
Xây dựng các công thức, hệ thức, hoặc quy trình tính
toán các hàm mục tiêu và ràng buộc
Xác định khoảng giá trị cho phép của các hàm ràng
buộc và tham biến điều khiển sao cho hợp lý nhất về mặt kỹ
thuật nhưng cũng lỏng nhất có thể để dễ tìm được nghiệm. Các
ràng buộc càng chặt, khoảng tham biến càng hẹp thì càng có ít lời
giải. SAU ĐÓ PHÁT BIỂU MÔ HÌNH TOÁN.
6
Quy trình 2 lập mô hình toán tối ưu hóa
Xác định hàm mục tiêu dựa vào yêu cầu của đề bài
Xác định các điều kiện ràng buộc kỹ thuật của bài toán
Xác định các kiến thức cần thiết để tính được hàm
mục tiêu và các hàm ràng buộc
Xây dựng các công thức, hệ thức, hoặc quy trình tính
toán các hàm mục tiêu và ràng buộc
Xác định toàn bộ các tham biến thiết kế của bài toán,
nó sẽ bao gồm 2 loại:
- Các tham biến không đổi, còn gọi là hằng số
- Các tham biến có thể thay đổi, còn gọi là tham biến điều khiển
Xác định khoảng giá trị cho phép của các hàm ràng
buộc và tham biến điều khiển sao cho hợp lý nhất về mặt kỹ
thuật nhưng cũng lỏng nhất có thể để dễ tìm được nghiệm. Các
ràng buộc càng chặt, khoảng tham biến càng hẹp thì càng có ít lời
giải. SAU ĐÓ PHÁT BIỂU MÔ HÌNH TOÁN.
7
Chú ý, từ quy trình 1 ta đẩy bước 1 xuống về sau bước 5 thì
sẽ thu được quy trình 2.
- Quy trình 1 ứng dụng cho những mô hình toán không
quá phức tạp, ngay từ đề bài ta đã có thể liệt kê được
toàn bộ các tham biến thiết kế
- Quy trình 2 ứng dụng cho những mô hình toán phức tạp,
mà ở đó phát biểu của bài toán là chưa đủ để biết được
hết tất cả các tham biến thiết kế. Chỉ sau khi xây dựng
được hết tất cả các hệ thức, công thức tính toán thì các
tham biến mới lộ diện cũng như ý nghĩa của chúng được
làm rõ. Khi đó ta mới có thể liệt kê được toàn bộ danh
sách của chúng.
Sự khác biệt của quy trình 1 và 2
8
Các bài toán thiết kế dầm (Beam)
Hãy thiết kế kích thước mặt cắt ngang của một cái dầm công-xon bằng
thép dài L=2m chịu tải P=20 kN ở một đầu như hình vẽ để sao cho nó
đủ bền khi chịu uốn và cắt, độ võng tối đa của đầu chịu lực là 1 cm,
đồng thời ít tốt vật liệu nhất có thể. Cho biết bề rộng 60mm ≤ w ≤
300mm, bề dày 10mm ≤ t ≤ 40mm. Tỉ lệ w/t không vượt quá 8.
Cho E=21e4 N/mm2, G=8e4 N/mm2, [σu]=165 N/mm
2, [τc]=90 N/mm
2
9 Xác định toàn bộ các tham biến thiết kế:
- Các hằng số:
L=2e3 mm – chiều dài dầm
P=2e4 N – tải trọng tác dụng vào đầu dầm
E=21e4 N/mm2 – Môđun đàn hồi kéo-nén của thép làm dầm
G=8e4 N/mm2 – Môđun đàn hồi trượt của thép làm dầm
[f]=10 mm – độ võng tối đa của đầu dầm chịu tải
[σu]=165 N/mm
2 – ứng suất chịu uốn cho phép của dầm
[τc]=90 N/mm
2 – ứng suất chịu cắt cho phép của dầm
- Các tham biến điều khiển:
w [mm] – bề rộng mặt cắt
t [mm] – độ dày thành ống mặt cắt
Xác định hàm mục tiêu dựa vào yêu cầu của đề bài
Khối lượng của dầm phải nhỏ nhất có thể thì sẽ tốn ít vật liệu
nhất. Do dầm đồng chất, chiều dài L đã biết nên khối lượng nhỏ
nhất cũng sẽ tương đương với tiết diện mặt cắt nhỏ nhất.
10
Xác định các điều kiện ràng buộc kỹ thuật của bài toán
Có 3 ràng buộc:
- Ứng suất pháp dạng uốn lớn nhất xuất hiện trong dầm không
được vượt quá giới hạn cho phép [σu]
- Ứng suất tiêp dạng cắt lớn nhất xuất hiện trong dầm không
được vượt quá giới hạn cho phép [τc]
- Độ võng (chuyển vị) lớn nhất của dầm không được vượt qua
giới hạn cho phép [f]
Xác định các kiến thức cần thiết
SỨC BỀN VẬT LIỆU
- Xem lại vẽ biểu đồ để tìm mặt cắt có 2 nội lực Mx lớn nhất và Qy lớn nhất
- Xem lại chương các đặc trưng hình học của mặt cắt để tính mômen tĩnh và
mômen quán tính chính trung tâm của mặt cắt
- Xem lại chương điều kiện bền ƯS pháp lớn nhất để tính σmax
- Xem lại chương các trạng thái ứng suất trong dầm chịu uốn để tính τmax
- Xem lại chương chuyển vị của dầm chịu uốn để tính độ võng vmax
11 Xây dựng các công thức, hệ thức, quy trình tính
5.1. Vẽ các biểu đồ Qy và Mx để tìm mặt cắt có các nội lực lớn nhất
20 kN
yQ
xM
max
max
20 kN
=2e4 N
40 kN.m
4e7 N.mm
y
x
Q
M
z
z
z
A là mặt cắt có nội
lực Qy và Mx lớn
nhất với:
12 5.2. Tính mômen tĩnh của nửa mặt cắt và mômen quán tính chính
trung tâm của cả mặt cắt đối với trục x
x
1 1
1 12 2
2 2
33
1
2
3 443
21 1
2
2 2 2 2 2 2 8
2 2 2
12 12 12
dac
rong
Cdac
rong C
x
A y
A y
x
w w tw w w w
S w t w t t
w t w t w w tw w
I
Các điểm có ứng
suất pháp lớn nhất
trong mặt cắt A
Các điểm có ứng
suất tiếp lớn nhất
trong mặt cắt A
a
b
13 5.3. Tính ứng suất pháp lớn nhất tại điểm a trong mặt cắt A
max
max max 4 44 4
24e74e7
22 2
12
x
a
x
M ww
y
I w w t w w t
5.4. Tính ứng suất tiếp lớn nhất tại điểm b trong mặt cắt A
33
1
max 2
max 4* 4
33
44
2
2e4
8
2
2
12
23e4
2 2
y x
b
x
w w t
Q S
b I w w t
t
w w t
t w w t
14 5.5. Tính chuyển vị của mặt cắt B: Nên dùng phương pháp tích
phân hàm gián đoạn để dễ tìm vị trí chuyển vị đạt cực đại
max 2e4yQ
max 4e7xM
2
1
3 2
1 2
2e4 4e7
2e4 4e7
2
e4 4e7
3 2
xx
x x
x
EI v z M z z
z
EI v z EI z z c
z z
EI v z c z c
Điều kiện biên: Tại A (z=0) là ngàm nên
góc xoay và độ võng bằng 0, do đó:
1
2
0
0
c
c
Vậy hàm độ võng và góc xoay của
dầm là:
2
3
2
e4
4e3
e4
2e3
3
x
x
z z z
EI
z
v z z
EI
Ta dễ thấy do z thuộc [0..2e3] mm, nên
hàm góc xoay θ(z)<0 tức là hàm đô võng
luôn nghịch biến, do đó tại mặt cắt B có
z=2e3 mm thì hàm độ võng đạt cực tiểu
giá trị âm, tức là cực đại giá trị dương,
hay tại B thì độ võng dầm đạt cực đại.
15 Vậy độ võng của mặt cắt B của dầm là:
max 4 44 4
e4 16e9 64e9
32 21 2
21e4
12
v
w w t w w t
Phát biểu mô hình toán:
22
1 2 1 1 2
1
44
1 1 2
33
1 1 2
44
2 1 1 2
44
1 1 2
1
2
1
2
, 2 min
24e7
165
2
23e4
90
2 2
64e9
10
21 2
8
60 300;
10 40
f x x x x x
x
x x x
x x x
x x x x
x x x
x
x
x
x
5.6. Tính diện tích của mặt cắt (thay vì tính khối lượng của dầm)
22 2A w w t
Gọi w=x1, t=x2, ta có:
Đây là bài toán tối ưu hóa phi
tuyến với ràng buộc bất đẳng
thức: 2 tham biến và 8 ràng
buộc bất đẳng thức.
16 Ứng suất đơn và trượt thuần túy
- Điểm b
max
3
2
y
b
Q
bh
- Điểm a
max 2
6 x
a
M
bh
3
12
x
A b h
bh
I
2 24
8
x c
b h y
S y A
17 Ứng suất đơn và trượt thuần túy
- Điểm b
2 2 2
2 2
2
3 4 4
4
x ytd
b c c
M h Q
bh
Nếu mặt cắt đang xét có cả Mx
- Điểm a
max 2
24 x
a
M
bh
3
*
*
2
*
2
;
36
2
;
3 3
2 3
;
9
2 3
;
3
2 3
;
18
3 2 3
;
81
x
c
x
bh
I
h h
y
h y
y
b h y
b
h
b h y
A
h
b h y h y
S
h
- Điểm b
3 y
b
Q
bh
Nếu mặt cắt đang
xét ko có Mx
18 Ứng suất đơn và trượt thuần túy
4 4
;
4
x
R r
I
1
2 2
1 1
3
2 2 2
11
;
2 ;
2
;
3x
r y R
b R y
S R y
2 2 2 2
3 3
2 2 2 2
0 ;
2 ;
2
;
3x
y r
b R y r y
S R y r y
- Điểm a (y1 = R)
4 4
4
0
x
a
a
M R
R r
- Điểm b
2 2
max 4 4
4
3
y
b
Q R Rr r
R r
- Điểm d (y1 = r)
4 4
2 2
2 2
4
4
3
4
x
d
y
d
td
d d d
M r
R r
Q
R r
19
3 3
;
12
x
BH bh
I
1
1
2 2
1
1
;
2 2
;
4
;
8x
h H
y
b B
B H y
S
- Điểm a (y1 = H/2)
3 3
6 x
a
M H
BH bh
2 2 2
0 ;
2
;
4
;
8x
hy
b B b
BH bh B b y
S
- Điểm b
2 2
max 3 3
3
2
y
b
Q BH bh
BH bh B b
- Điểm e
3 3
2 2
3 3
2 2
6
3
2
4
x
d
y
d
td
d d d
M h
BH bh
Q H h B
B bBH bh
20
33
1
3 3 3
1 1
12 12
1
12
x x
x x
b t hbh
I I
I I bh bh th
2 2 2 21 1 4
8x
b h h t h y
S
- Điểm b
2 2 2
1 1
max 3 3 3
1 1
3
2
y
b
Q bh bh th
t bh bh th
- Điểm a
max 3 3 3
1 1
6 x
a
M h
bh bh th
- Điểm d
1
3 3 3
1 1
2 2
1
3 3 3
1 1
2 2
6
3
2
4
x
d
y
d
td
d d d
M h
bh bh th
Q b h h
t bh bh th
21
1 2
2 2 2
1 1
2
1 1
2
1 1 1
1
1 1
;
;
2
2
;
2
h c c
th bh bh
c
th bh bh
b h h th h h
c
th bh bh
33
1
1
2
1 2 1 1
3 3
x
x x
b t hbh
I
I I c b h h th
1 1 21 1 1 2
2 2x
h h h c y
S y b h h c t h c y y
- Điểm a (y = - c2)
max 2
0
keo x
a
x
a
M
c
I
- Điểm b (y = 0)
2
1 1 2
1 1
max 33
21
2 1 1
2 2
3 3
y
b
h h h c
b h h c t Q
b t hbh
c b h h th t
22
Các tình huống
yQ
xM
1st
xM
1st
xM ―
1st
yQ
2nd
xM
2nd
yQ
A B
D E
E
z
z
2nd
xM
1st
yQ
2nd
yQ
3 kN mq
23
Các tình huống
yQ
xM
1st
xM
1st
xM ―
1st
yQ
2nd
xM
2nd
yQ
A B
D E
E
z
z
2nd
xM
1st
yQ
2nd
yQ
3 kN mq
24
Các loại tải trọng Hàm mômen uốn
x xM M z
0
0xM M z a
1
xM P z a
20
2
x
w
M z a
3
6
x
m
M z a
Hàm mômen uốn của 1 số trường hợp
25
Các bài toán thiết kế dầm (Beam)
w1 = 2 kN/m
P1 = 5 kN
M1 = 5 kN.m
h
b
t
t
1
2
3
x h
x b
x t
Hãy lập mô hình toán thiết kế tối ưu khối lượng dầm, trong khi thỏa mãn được điều
kiện bền ứng suất pháp lớn nhất, điều kiện bền ứng suất tiếp lớn nhất; điều kiện
bền ứng suất phẳng theo thuyết bền 3. Đồng thời chuyển vị lớn nhất trong dầm
không vượt quá 1 cm. Đối với các mặt cắt thành mỏng thì tỉ lệ các kích thước lớn
trên kích thước thành mỏng không được vượt quá 8 để đảm bảo sự ổn định thành
mỏng. Cho biết:
- Các kích thước lớn nằm trong khoảng [60;300] mm, các kích thước thành mỏng
nằm trong khoảng [10;40] mm
- Ứng suất pháp cho phép [σ]=165 N/mm2
- Ứng suất tiếp cho phép [τ]=90 N/mm2
- Môđun đàn hồi E=21E4 N/mm2
26
Xác định toàn bộ các tham biến thiết kế:
- Các hằng số:
P1=5e3 N – lực tập trung
w1=2 N/mm – lực phân bố đều
M1=5e6 N.mm – mômen ngẫu lực
E=21e4 N/mm2 – Môđun đàn hồi kéo-nén của thép làm dầm
G=8e4 N/mm2 – Môđun đàn hồi trượt của thép làm dầm
[f]=10 mm – độ võng tối đa của đầu dầm chịu tải
[σu]=165 N/mm
2 – ứng suất chịu uốn cho phép của dầm
[τc]=90 N/mm
2 – ứng suất chịu cắt cho phép của dầm
- Các tham biến điều khiển:
h [mm] – chiều cao mặt cắt
b [mm] – bề rộng mặt cắt
t [mm] – bề dày thành mỏng mặt cắt
Các tham biến đều đã rõ ràng
27 Xác định hàm mục tiêu dựa vào yêu cầu của đề bài
Khối lượng của dầm phải nhỏ nhất có thể thì sẽ tốn ít vật liệu
nhất. Do dầm đồng chất, chiều dài dầm đã biết nên khối lượng
nhỏ nhất cũng sẽ tương đương với tiết diện mặt cắt nhỏ nhất.
Xác định các điều kiện ràng buộc kỹ thuật của bài toán
Có 3 ràng buộc:
- Ứng suất pháp dạng uốn lớn nhất xuất hiện trong dầm không
được vượt quá giới hạn cho phép [σu]
- Ứng suất tiêp dạng cắt lớn nhất xuất hiện trong dầm không
được vượt quá giới hạn cho phép [τc]
- Ứng suất phẳng (có cả pháp và tiếp) trong dầm không vượt
quá giới hạn cho phép [σu]
- Độ võng (chuyển vị) lớn nhất của dầm không được vượt qua
giới hạn cho phép [f]
- Tỉ lệ kích thước lớn trên kích thước mảnh không vượt quá 8
để đảm bảo tính ổn định thành mỏng
28 Xác định các kiến thức cần thiết
SỨC BỀN VẬT LIỆU
- Xem lại vẽ biểu đồ để tìm mặt cắt có 2 nội lực Mx lớn nhất và Qy lớn nhất
- Xem lại chương các đặc trưng hình học của mặt cắt để tính mômen tĩnh và
mômen quán tính chính trung tâm của mặt cắt
- Xem lại chương điều kiện bền ƯS pháp lớn nhất để tính σmax
- Xem lại chương các trạng thái ứng suất trong dầm chịu uốn để tính τmax
- Xem lại trạng thái ứng suất phẳng theo thuyết bền 3
- Xem lại chương chuyển vị của dầm chịu uốn để tính độ võng vmax
Xây dựng các công thức, hệ thức, quy trình tính
5.1. Vẽ các biểu đồ Qy và Mx để tìm mặt cắt có các nội lực lớn nhất
z
m
z
m
z
m
yQ
xM
B là mặt cắt có nội lực Qy và Mx lớn nhất với:
max
max
6.75 kN=6.75e3 N
15 kN.m 15e6 N.mm
y
x
Q
M
29 5.2. Các đặc trưng hình học của mặt cắt: trọng tâm, trục quán tính
chính trung tâm, mômen quán tĩnh, mômen tĩnh, diện tích mặt cắt
h
b
t
t
2
2
2
0.52 2
2 2
c
A t b h
t h
b t h h t
bh h bt
y
t b h b h
cy
3 33
2 2 3 2 2 4
2
2
3 3 3
8 12 8 4
12 2
c cc
x
x
b t h y b h t yt y
I
t b t bh bh t bht h
I
b h
a
c
maxa
maxc
22
2
c c
x c c
y
S t y t y
Điểm có ứng suất
tiếp lớn nhất trong
mặt cắt B
Điểm có ứng
suất pháp lớn
nhất trong mặt
cắt B
30 5.3. Tính ứng suất pháp lớn nhất tại điểm a trong mặt cắt B
max 2
max max 2 2 3 2 2 4
1.8e8 0.5
8 12 8 4
x
a
x
M bh h bt
y
I t b t bh bh t bht h
5.4. Tính ứng suất tiếp lớn nhất tại điểm b trong mặt cắt B
2
2max
max 2 2 3 2 2 4
40500 0.5
2 8 12 8 4
c
y x
b c
x
bh h btQ S
b I t b h b t bh bh t bht h
5.5. Tính chuyển vị lớn nhất của dầm: Nên dùng phương pháp tích
phân hàm gián đoạn để dễ tìm vị trí chuyển vị đạt cực đại
5.25AY 11.75BY
31
1 0 1 22
33
2 1 2
1
44
3 2 3
1 2
2 2
5.25e3 2e3 5e6 6e3 11.75e3 6e3 6e3
2 2
6e35.25e3 11.75e3
2e3 5e6 6e3 6e3
3 2 2 3
6e31 5.25e3 5e6 11.75e3
2e3 6e3 6e3
3 4 6 2 6 12
xx
x x
x
EI v z M z z z z z z
zz
EI v z EI z z z z c
zz
EI v z z z z c z c
Điều kiện biên: Tại A (z=2e3) và B (z=6e3) là các gối nên độ võng bằng 0, do đó:
4
1 2
1
4
3
2
1 2
2e31
38e92e3 0
3 4
3
6e31 5.25e3 24e126e3 2e3 6e3 0
3 4 6
c c
c
cc c
Hàm độ võng của dầm là:
44
3 2 3
4
4
3
4
3 2
6e31 1 5.25e3 5e6 11.75e3 38e9
2e3 6e3 6e3 24e12
3 4 6 2 6 12 3
1 38e9
24e12; 0..2e3
3 4 3
1 5.25e3 38e9
2e3 24e12; 2e3..6e3
3 4 6 3
1 5.25e3 5e6 11.75e3
2e3 6e3
3 4 6 2
x
x
zz
v z z z z z
EI
z
z z
v z z
z z z
EI
z
z z
4
3 6e3 38e9
6e3 24e12; 6e3..8e3
6 12 3
z
z z z
32 Vẽ đồ thị của hàm
x
v z
EI
để biết vị trí cực trị của hàm độ võng bằng MATLAB
x1 = (0:1:2000);
x2 = (2000:1:6000);
x3 = (6000:1:8000);
x=(0:1:8000);
y1 = -(1/12)*x1.^4+1.266666667*10^10*x1-2.4*10^13;
y2 = -(1/12)*x2.^4+875*(x2-2000).^3+1.266666667*10^10*x2-2.4*10^13;
y3 = -(1/12)*x3.^4+875*(x3-2000).^3+2.5*10^6*(x3-
6000).^2+1958.333333*(x3-6000).^3+(1/12)*(x3-
6000).^4+1.266666667*10^10*x3-2.4*10^13;
y=0;
plot(x1,y1,'k+',x2,y2,'bo',x3,y3,'rx',x,y,'k-')
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
x 10
13
33 Dựa vào đồ thị ta thấy vị trí có độ võng lớn nhất có tọa độ z=8e3, khi đó:
max 2 2 3 2 2 4
max 2 2 3 2 2 4
4.8e13 4.8e13 48e12
8 12 8 4
21e4
12 2
192e8 2
7 8 12 8 4
x x
v
EI EI t b t bh bh t bht h
b h
b h
v
t b t bh bh t bht h
5.6. Tỉ lệ các kích thước lớn trên các kích thước thành mỏng:
8
8
h
t
b
t
34 Phát biểu mô hình toán: 1 2 3; ;x h x b x t
1 2 3 3 2 1
2
1 2 1 2 3
2 2 3 2 2 4
3 2 3 2 1 2 1 3 2 1 3 1
2
2
1 2 1 2 3
2 2 3 2 2 4
3 2 1 2 3 2 1 2 1 3 2 1 3 1
2 1
2 2 3 2
3 2 3 2 1 2 1 3 2 1
, , 2 min
1.8e8 0.5
165
8 12 8 4
40500 0.5
90
2 8 12 8 4
192e8 2
7 8 12 8
f x x x x x x
x x x x x
x x x x x x x x x x x x
x x x x x
x x x x x x x x x x x x x x
x x
x x x x x x x x x x x
2 43 1
1
3
2
3
1 2 3
10
4
8
8
60 , 300; 10 40
x
x
x
x
x
x x x
Đây là bài toán tối ưu hóa phi tuyến với ràng buộc bất đẳng thức: 3
tham biến và 11 ràng buộc bất đẳng thức.
35
Các bài toán thiết kế giàn thanh
Cho giàn cấu tạo từ 2 thanh thép nhẹ có tiết diện ống mỏng như hình vẽ. Tại
điểm nối bản lề chịu lực tác dụng W theo phương 0⁰≤θ≤90⁰. Kích thước của
giàn có thể được lựa chọn khi thay đổi chiều cao h và bề rộng s. Kích thước
mặt cắt của 2 thanh dạng ống cũng có thể được lựa chọn. Hãy thiết kế kết
cấu sao cho nó tổng khối lượng của hệ là nhỏ nhất mà vẫn thỏa mãn điều
kiện bền (ứng suất pháp cho phép của thanh là [σ]). Chuyển vị theo phương
ngang và thẳng đứng không được vượt quá giới hạn cho phép lần lượt là [fu]
và [fv].
1zN 2zN
36
Xác định toàn bộ các tham biến thiết kế:
- Các hằng số:
W=2e4 N – tải trọng tác dụng vào điểm khớp nối
θ – góc đặt tải trọng W
E=21e4 N/mm2 – Môđun đàn hồi kéo-nén của thép làm thanh
[fu]=5 mm – chuyển vị ngang tối đa của điểm kh