Đề tài ứng dụng ai trong thiết kế cơ khí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA SINH VIÊN

ỨNG DỤNG AI TRONGS K C THIẾT 00395 9 KẾ CƠ KHÍ

MÃ SỐ: SV2020-94

S KC 0 0 7 4 0 0

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07/2020

Bị GIO DC V O TắO
TR¯àNG Đ¾I HàC S¯ PH¾M KỸ THUÀT TPHCM

KHOA ĐÀO T¾O CHÂT L¯ĀNG CAO

BÁO CÁO TịNG KắT
TI NGHIấN CU KHOA HC CA SINH VIấN

ĆNG DĂNG AI TRONG THI¾T K¾ C¡ KHÍ
SV2020 - 94

Chą nhißm đÁ tài: Lê Qui Chí

TP Hß Chí Minh, tháng 7 năm 2020
1

BÞ GIÁO DĂC VÀ ĐÀO T¾O
TR¯àNG Đ¾I HàC S¯ PH¾M KỸ THUÀT TPHCM

KHOA ĐÀO T¾O CHÂT L¯ĀNG CAO

BO CO TịNG KắT

TI NGHIÊN CĆU KHOA HàC CĄA SINH VIÊN

ĆNG DĂNG AI TRONG THI¾T K¾ C¡ KHÍ

SV2020 - 94

Thuộc nhóm ngành khoa học:

SV thực hián: Lê Qui Chí Nam, Nữ : Nam

Dân tộc: Hoa

Lßp, khoa: 16144CL3 Khoa Đào t¿o Ch¿t l°ÿng cao

Năm thą: 4 / Sá năm đào t¿o: 4

Ngành học: Cơng nghá kỹ tht c¢ khí

Ng°ái h°ßng d¿n: TS. Đặng Quang Khoa

TP Hß Chí Minh, tháng 7 năm 2020
2

MĂC LĂC
MĀC LĀC .......................................................................................................................1
DANH MĀC CÁC BÀNG BIÄU....................................................................................7
DANH MĀC CÁC TĆ VIÀT TÂT.................................................................................8
THÔNG TIN KÀT QUÀ NGHIÊN CĄU CĂA ĐÂ TÀI ...............................................9
LàI Mâ ĐÀU ...............................................................................................................11
CH¯¡NG I: TàNG QUAN CƠNG NGHà TàI ¯U HĨA.........................................14
CH¯¡NG II: C¡ Sâ LÝ THUYÀT .............................................................................16

1. Khái niám tái °u hóa c¿u trúc: ..............................................................................16
2. Phân lo¿i: ...............................................................................................................16

2.1 Sizing Optimization:........................................................................................16
2.2 Shape Optimization: ........................................................................................18
2.3 Topology Optimization: ..................................................................................19
3. ¯u nh°ÿc điÅm căa tái °u hóa ..............................................................................20
3.1 ¯u điÅm ...........................................................................................................20
3.2 Nh°ÿc điÅm .....................................................................................................20
4. Ąng dāng ...............................................................................................................20
4.1 Trong lĩnh vực hàng không .............................................................................20
4.2 Trong lĩnh vực ô tô: .........................................................................................24
4.3 Trong công nghá in 3D....................................................................................27
4.4 Trong lĩnh vực kiÁn trúc ..................................................................................30

4.4.1 Trung tâm Hội nghá quác gia Doha..........................................................30
4.4.2 C¿u trúc dÁm chữ I ...................................................................................31
5. Quy trình tái °u hóa thiÁt kÁ..................................................................................33
CH¯¡NG III: SHAPE GENERATOR TRONG PHÀN MÂM AUTODESK
INVENTOR 2018..........................................................................................................35
1. Giòi thiỏu s lc ..................................................................................................35

3

Bài tÁp 1: Bracket ......................................................................................................36
Táng quan:.............................................................................................................36
Các b°ßc thực hián:...............................................................................................36
2.1 B°ßc 1: Mã file và vào mơi tr°áng Shape Generator:................................36
2.2 B°ßc 2: Thêm Material và Constraints: ......................................................37
2.3 B°ßc 3: Thêm Loads và Preserve Region:..................................................39
2.4 B°ßc 4: ĐiÃu chßnh Shape Generator Settings và Promote Shape: ............42
2.5 B°ßc 5: ThiÁt kÁ l¿i chi tiÁt:........................................................................44
2.6 B°ßc 6: Phân tích phÁn tử hữu h¿n: ............................................................45

Bài tÁp 2: T¿m đỡ ......................................................................................................49
Táng quan:.............................................................................................................49
Các b°ßc thực hián:...............................................................................................49
2.1 B°ßc 1: Mã file và vào mơi tr°áng Shape Generator:................................50
2.2 B°ßc 2: Thêm Material và Constraints: ......................................................51
2.3 B°ßc 3: Thêm Loads và Preserve Region:..................................................53
2.5 B°ßc 4: ĐiÃu chßnh Shape Generator Settings và Promote Shape: ............56
2.6 B°ßc 5: ThiÁt kÁ l¿i chi tiÁt:........................................................................58
2.7 B°ßc 6: Phân tích phÁn tử hữu h¿n: ............................................................59

CH¯¡NG IV: GENERATIVE DESIGN TRONG PHÀN MÂM FUSION 360..........63
1. Gißi thiáu s¢ l°ÿc ..................................................................................................63
1.1 N¢i dữ liáu Fusion 360 l°u trữ ........................................................................63
1.2 ChiÁn l°ÿc thiÁt kÁ ..........................................................................................63
2. Generative Design là gì? .......................................................................................63
3. Sự khác nhau giữa Generative Design so và thiÁt kÁ truyÃn tháng.......................64

CH¯¡NG V: SO SÁNH SHAPE GENERATOR, GENERATIVE DESIGN CĂA
FUSION 360 VÀ GENERATIVE DESIGN CĂA SOLID EDGE 2020......................66
CH¯¡NG VI: CASE STUDIES...................................................................................68

6.1 Case Study 1: Front Upper Arm trong há tháng treo ..........................................68

4

6.1.1 Gißi thiáu:.....................................................................................................68
6.1.2 Tính toán:......................................................................................................68

6.1.2.1 Xét tr°áng hÿp xe và xe kéo đąng yên: ................................................70
6.1.2.2 Tính tốn phÁn Double Wishbone Suspension: ....................................71
6.1.3 Các b°ßc thực hián:......................................................................................74
6.1.3.1 B°ßc 1: Mã file và vào mơi tr°áng Shape Generator...........................74
6.1.3.2 B°ßc 2: Thêm Material và Constraints .................................................74
6.1.3.3 B°ßc 3: Thêm Loads và Preserve Region .............................................77
6.1.3.4 B°ßc 4: ĐiÃu chßnh Shape Generator Settings và Promote Shape........81
6.1.3.5 B°ßc 5: ThiÁt kÁ l¿i chi tiÁt ...................................................................83
6.1.3.6 B°ßc 6: Phân tích phÁn tử hữu h¿n và tái °u hóa .................................83
6.1.3.7 KÁt luÁn và Phân tích:............................................................................87
6.2 Case study 2: DÁm chữ I......................................................................................89
6.2.1 Gißi thiáu ......................................................................................................89
6.2.2 Māc đích nghiên cąu: ...................................................................................89
6.2.3 Phân tích phÁn tử hữu h¿n và Tái °u hóa:....................................................89
6.2.3.1 Tr°áng hÿp thą nh¿t: DÁm bá tÁi bên phÁi ............................................90
6.2.3.1 Tr°áng hÿp thą hai: DÁm bá tÁi phân bá đÃu ........................................95
6.3 Case Study 3: Giá đỡ .........................................................................................100
6.3.1 Gißi thiáu chung: ........................................................................................100
6.3.2 Các b°ßc thực hián.....................................................................................100

6.3.2.1 B°ßc 1: Mã file và vào mơi tr°áng Generative Design......................101
6.3.2.2 B°ßc 2: Thêm Material và Loads........................................................101
6.3.2.3 B°ßc 3: Thêm Constraints...................................................................102
6.3.2.4 B°ßc 4: ĐiÃu chßnh Manufacturing Settings và Generate...................103
6.3.2.5 B°ßc 5: HiÅn thá Stress trong thiÁt kÁ .................................................104
6.3.2.6 B°ßc 6: Tái °u thêm chi tiÁt ...............................................................106
6.3.2.7 B°ßc 7: Phân tích phÁn tử hữu h¿n: ....................................................107

5

6.3.2.8 B°ßc 8: Thực nghiám chi tiÁt..............................................................111
6.3.2.9 B°ßc 9: Phân tích và kÁt luÁn..............................................................112
KÀT LUÀN VÀ KIÀN NGHà .....................................................................................115
TÀI LIàU THAM KHÀO ...........................................................................................116

6

DANH MĂC CÁC BÀNG BIÂU
BÁng 2.1 Thông sá kỹ thuÁt và AlSi10Mg
----------
BÁng 3.1 Thông sá căa vÁt liáu thép
----------
BÁng 4.1 So sánh sự khác nhau giữa Generative design và thiÁt kÁ truyÃn tháng.
----------
BÁng 5.1: So sánh sự khác nhau giữa ba mô đun.
----------
BÁng 6.1 Giá trá căa tćng biÁn.
BÁng 6.2: Thông sá vÁt liáu Stainless steel.
BÁng 6.3: So sánh khái l°ÿng căa hai thiÁt kÁ.
BÁng 6.4: BÁng vÁt liáu Steel

BÁng 6.5: So sánh khái l°ÿng căa hai dÁm chữ I.
BÁng 6.6: So sánh khái l°ÿng căa hai thiÁt kÁ.
BÁng 6.7 Thông sá nhựa PLA
BÁng 6.8 Thông sá chuyÅn vá căa hai giá đỡ.
BÁng 6.9 So sánh khái l°ÿng căa hai thiÁt kÁ.

7

DANH MĂC CÁC TĈ VI¾T TÂT
SiO: Sizing Optimization
ShO: Shape Optimization
TO: Topology Optimization
SIMP: Solid Isotropic Material with Penalization
FE: Finite Element
FSD: Fully Stressed Design
MDO: Multidisciplinary Design Optimization
ODB: Offset Deformable Barrier
FBD: Free diagram body.

8

BÞ GIÁO DĂC VÀ ĐÀO T¾O
TR¯àNG Đ¾I HàC S¯ PH¾M KỸ THT TPHCM

THƠNG TIN K¾T QUÀ NGHIÊN CĆU CĄA ĐÀ TÀI

1. Thông tin chung:

- Tên đà tài: Ąng dāng AI trong thiÁt kÁ c¢ khí

- Chă nhiám đà tài: Lê Qui Chí Mã sá SV: 16144013

- Lßp: 16144CL3 Khoa: Đào t¿o Ch¿t l°ÿng cao

- Thành viên đà tài:

STT Há và tên MSSV Lßp Khoa

1 Hà Nguyßn Nh° Nguyát 16144117 16144CL3 Đào t¿o CLC

2 TrÁn Hà Minh Tr°áng 18144199 18144CL2 Đào t¿o CLC

- Ng°ái h°ßng d¿n: TS. Đặng Quang Khoa
2. Măc tiêu đÁ tài:
- Nghiên cąu c¢ sã lý thuyÁt căa tái °u hóa.
- Nghiên cąu và tái °u hóa trên các phÁn mÃm (Inventor, Fusion 360, Solid Edge 2020)
- H°ßng d¿n cách làm các case study tái °u hóa trên các phÁn mÃm đó.
3. Tính mßi và sáng t¿o:
- Nghiên cąu ph°¢ng pháp tái °u hóa khái l°ÿng nh°ng v¿n đÁm bÁo và độ bÃn căa chi
tiÁt.
4. K¿t quÁ nghiên cću:
- Đã hoàn thành báo cáo nghiên cąu c¢ sã lý thut căa tái °u hóa
- Đã tái °u hóa các chi tiÁt trên các phÁn mÃm (Inventor, Fusion 360, Solid Edge 2020).
- Đã hồn thành h°ßng d¿n sử dāng modun tái °u hóa trên các phÁn mÃm thông qua các
case study.
- In 3D sÁn phẩm đã đ°ÿc tái °u hóa trên phÁn mÃm Inventor 2019.

9

5. Đóng góp vÁ mặt giáo dăc và đào t¿o, kinh t¿ - xã hßi, an ninh, qc phịng và

khÁ năng áp dăng cąa đÁ tài:
- ThiÁt kÁ ra sÁn phẩm có hình d¿ng độc đáo và mang tính thẩm mỹ h¢n.
- ThiÁt kÁ ra sÁn phẩm giÁm tÁi khái l°ÿng nh°ng v¿n giữ nguyên hoặc làm tăng độ bÃn.
- Phāc vā cho các ngành công nghiáp nặng nh° hàng khơng, oto, xây dựng,...
- NÃm bÃt đ°ÿc xu h°ßng thiÁt k trong tÂng lai.
- Nm bt c xu hòng gia cụng (in 3D) trong tÂng lai.
6. Cụng bò khoa hỏc cąa SV tĉ k¿t quÁ nghiên cću cąa đÁ tài

TP. Hß Chí Minh, ngày 22 tháng 07 năm 2020
SV chßu trách nhißm chính
thực hißn đÁ tài

NhÁn xét cąa ng°ái h°ßng d¿n vÁ những đóng góp khoa hác cąa SV thực hißn đÁ
tài

TP. Hß Chí Minh, ngày 22 tháng 07 năm 2020
Ng°ái h°ßng d¿n

10

LàI Mâ ĐÄU
1.1 Táng quan tình hình nghiên cąu thuộc lĩnh vực căa đà tài:

- Trong n°ßc:
Đ¿t n°ßc ta cũng đã triÅn khai cuộc cách m¿ng 4.0 ąng dāng trong ngành c¢ khí s¿ dựa
trên nÃn tÁng cơng nghá sá và tích hÿp t¿t cÁ các công nghá thông minh đÅ tái °u hóa
quy trình, ph°¢ng thąc sÁn xu¿t, t¿o ra các Nhng trỏng i hc trong nòc đã biÁt đÁn những mơ đun tái °u hóa trong các phÁn
mÃm thiÁt kÁ và hián đang triÅn khai giÁng d¿y cho các sinh viên.
Còn những doanh nghiáp đã nÃm bÃt đ°ÿc xu h°ßng thiÁt kÁ tái °u hóa đÅ t¿o ra những

thiÁt kÁ độc đáo, bÃt mÃt h¢n.

- Ngồi n°ßc:
Năm 2003, bÃt đÁu tái °u hóa c¿u trúc cánh căa một chiÁc máy bay đÅ đáp ąng các tĩnh
năng và động năng. Mơ hình tồn cÁu bao gßm khoÁng 5.000 vß, các yÁu tá gân và dằm.
Sau đó, cơng viác đã tÁp trung vào viác tái °u hóa hỗn hÿp và c¿u trúc tá ong căa một
radome. Nh° phÁn c¢ khí và chąc năng đián tć trái ng°ÿc nhau trong thiÁt kÁ, cÁ hai
đÃu đ°ÿc tỏi u húa òng thỏi da trờn phÂng phỏp tỏi °u hóa đa māc tiêu.
Tć năm 2004-2011, Trung tâm hơi nghá quác gia Doha, Qatar đ°ÿc xây dựng. BÃ ngoài
giáng nh° hai cái cây l¿y cÁm hąng tć cây đa Sidrat al-Muntaha, biÅu t°ÿng linh thiêng
căa đ¿o Hßi, t°ÿng tr°ng cho sự kÁt thúc căa Thiên đ°áng thą BÁy, bao quanh mặt tiÃn
bằng kính và nâng đỡ mái vịm phía trên.
Tć năm 2005, các nghiên cąu đã tÁp trung vào tái °u hóa hình d¿ng căa c¿u trúc động
c¢ aero, ví dā, đĩa tuabin, cánh qu¿t, trāc, hỗ trÿ đàn hßi và các bộ phÁn vịi phun thuộc
một lo¿i phąc t¿p c¿u trúc cong làm viác d°ßi tÁi trọng khí động học, quán tính quay tÁi
và điÃu kián nhiát độ cao.
Dựa trên các thực tißn trên, nhÁn ra rằng tái °u hóa c¿u trúc liên kÁt c¢ bÁn đã trã nên
quan trọng đÅ thúc đẩy sự phát triÅn công nghiáp biên gißi, đặc biát là thiÁt kÁ các há
tháng máy bay và hàng không vũ trā tiên tiÁn.
1.2 Lý do chọn đà tài

11

Trong thái đ¿i công nghá 4.0, vÁn dāng nhiÃu đÁn trí t nhân t¿o đÅ giÁm bßt khái
l°ÿng cơng viác cũng nh° nâng cao cuộc sáng căa con ng°ái, nhóm chúng tôi đã chọn
đà tài <Ąng dāng AI trong thiÁt k c khớ < ỏp ng vòi nhng yờu cu căa kỹ tht
cơng nghá hián t¿i và trong t°¢ng lai. ti mang xu hòng mòi l trong tÂng lai khi
vÁn dāng các modun trong phÁn mÃm đÅ tái °u hóa hình dáng và khái l°ÿng căa các chi
tiÁt máy và các chi tiÁt trong đái sáng hằng ngày. Nó khơng những có thÅ tiÁt kiám vÁt
liáu mà cịn có những hình d¿ng độc đáo, mßi l¿, Đó cũng chính là lý do thúc đẩy nhóm

chúng tơi chọn đà tài này.
1.3 Māc tiêu đà tài
- Nghiên cąu c¢ sã lý thuyÁt căa tái °u hóa.
- Nghiên cąu và tái °u hóa trên các phÁn mÃm (Inventor, Fusion 360, Solid Edge 2020)
- H°ßng d¿n cách làm các case study tái °u hóa trên các phÁn mÃm đó.
1.4 Ph°¢ng pháp nghiên cąu, đái t°ÿng và ph¿m vi nghiên cąu
1.4.1 Cách tiÁp cÁn

Sử dāng ph°¢ng pháp đánh l°ÿng trong q trình tính tốn, phân tích mơ phßng kÁt
hÿp vßi thực nghiám nhằm kiÅm chąng kÁt quÁ.
1.4.2 Ph°¢ng pháp nghiên cąu
a. Ph°¢ng pháp thu thÁp và táng hÿp tài liáu:

Thu thÁp, phân tích và biên dách tài liáu liên quan tßi nghiên cąu tái °u hóa thiÁt kÁ:
đÁm bÁo tính đa d¿ng căa hình d¿ng sÁn phẩm, độ bÃn và tÁn dāng đ°ÿc các kÁt quÁ
căa các nghiên cąu mßi nh¿t, phù hÿp vßi nội dung nghiên cąu căa đà tài
b. Ph°¢ng pháp phân tích thực nghiám:
- Dựa trên các kÁt quÁ và th¿t b¿i trong thực nghiám, lựa chọn đ°ÿc thông sá phù

hÿp đÅ in đ°ÿc sÁn phẩm.
- Áp dāng quy trình thí nghiám trên các thiÁt kÁ khác nhau.
c. Ph°¢ng pháp phân tích so sánh:
Dựa trên các kÁt q và mơ phßng và thực nghiám so sánh giữa 2 sÁn phẩm tr°ßc và
sau khi tái °u hóa và các yÁu tá:

12

- Hình d¿ng căa sÁn phẩm.
- Độ bÃn căa sÁn phẩm.
Tć đó làm sáng tß lý thut và kÁt q có tính thuyÁt phāc cao.

13

CH¯¡NG I: TÞNG QUAN CƠNG NGHÞ TÞI ¯U HĨA
Trong những thÁp kỷ gÁn đây, các ph°¢ng pháp tái °u hóa c¿u trúc đã đ¿t đ°ÿc tiÁn bộ
v°ÿt bÁc vßi hiáu su¿t ngày càng cao căa máy tính và tht tốn đián tốn. GiÁi pháp
thực tÁ và phąc t¿p v¿n đà tái °u hóa trÁi qua các điÃu kián tÁi phąc t¿p là làm cho có
thÅ đÅ đáp ąng các buái biÅu dißn thiÁt kÁ đa ngành. Trong sá những ng°ái khác, tái °u
hóa c¿u trúc liên kÁt đã trã thành một trong những kỹ thuÁt hąa hẹn nh¿t.
Trong ThÁ kỷ 21, nhiÃu dự án máy bay và hàng khơng vũ trā mßi đang đ°ÿc thiÁt lÁp
t¿i Trung Quác. ĐiÃu này mang l¿i những thách thąc lòn trong viỏc phỏt trin phÂng
phỏp thit k sỏng to và xử lý các v¿n đà khoa học và kỹ thuÁt mßi đ°ÿc ban hành tć
thực tißn kỹ thuÁt phąc t¿p. Ngày nay, các ąng dāng công nghiáp đang trã thành một
trong những thách thąc quan trọng nh¿t trong cộng đßng thiÁt kÁ tái °u hóa c¿u trúc,
đặc biát là tái °u hóa c¿u trúc liên kÁt cho các há tháng c¿u trúc máy bay hoặc hàng
không vũ trā. Trong ph¿m vi này, các cơng trình nghiên cąu c¢ bÁn và sáng t¿o đ°ÿc
thực hián. Nhóm nghiên cąu căa Kỹ tht mơ phßng & đián tốn hàng khơng vũ trā t¿i
Đ¿i học Bách khoa Tây BÃc ã Trung Quác đang trã thành một trong những nhóm nghiên
cąu tích cực nh¿t trong ngành học này và đ°ÿc thúc đẩy đÅ phát triÅn các kỹ thuÁt và
giÁi pháp sau đây.
Năm 2003, thÁ gißi bÃt đÁu tái °u hóa c¿u trúc cánh căa một chiÁc máy bay đÅ đáp ąng
các tĩnh năng và động năng. Mơ hình tồn cÁu bao gßm khng 5.000 vß, các u tá gân
và dằm. Sau đó, cơng viác đã tÁp trung vào viác tái °u hóa hỗn hÿp và c¿u trúc tá ong
căa một radome. Nh° phÁn c¢ khí và chąc năng đián tć trái ng°ÿc nhau trong thiÁt kÁ,
cÁ hai đÃu đ°ÿc tái °u hóa đßng thái dựa trên ph°¢ng pháp tái °u hóa đa māc tiêu.
Tć năm 2005, các nghiên cąu đã tÁp trung vào tái °u hóa hình d¿ng căa c¿u trúc động
c¢ aero, ví dā, đĩa tuabin, cánh qu¿t, trāc, hỗ trÿ đàn hßi và các bộ phÁn vòi phun thuộc
một lo¿i phąc t¿p c¿u trúc cong làm viác d°ßi tÁi trọng khí động học, quán tính quay tÁi
và điÃu kián nhiát độ cao.
Vào đÁu năm 2006, bá thúc đẩy bãi viác tái °u hóa đßng thái tÁi trọng và các c¿u trúc

hỗ trÿ sau chuyÁn thăm căa một sá kỹ s° hàng không vũ trā. Māc đích là đÅ tích hÿp tái
°u hóa hình học vßi tái °u hóa c¿u trúc liên kÁt cho há tháng các ph°¢ng tián phóng

14

lòn. Do ú, mt phÂng phỏp thit k tớch hp căa một há tháng đa thành phÁn đã đ°ÿc
phát triÅn. C¿u hình c¿u trúc hỗ trÿ và bá trí căa các vá tinh đ°ÿc tái °u hóa đÅ cÁi thián
hiáu su¿t động tồn cÁu. Tái °u hóa hình d¿ng và kích th°ßc đã đ°ÿc tiÁp tāc sử dāng
đÅ chi tiÁt hóa thiÁt kÁ c¿u trúc cho các yêu cÁu và độ bÃn. Do đó, hiáu su¿t động năng
tăng 17% vßi trng lng tit kiỏm hÂn 7% so vòi thit k ban đÁu.
Dựa trên các thực tißn trên, nhÁn ra rằng tái °u hóa c¿u trúc liên kÁt c¢ bÁn đã trã nên
quan trọng đÅ thúc đẩy sự phát triÅn công nghiáp biên gißi, đặc biát là thiÁt kÁ các há
tháng máy bay và hàng không vũ trā tiên tiÁn. Māc đích căa bÁn thut minh này là đÅ
trình bày những thành tựu gÁn đây và cách thąc đÅ tái °u hóa c¿u trúc liên kÁt. Các
ph°¢ng pháp, kỹ tht và ąng dāng đ°ÿc tóm tÃt trong bÁn thuyÁt minh này hy vọng s¿
cung c¿p đ°ÿc kiÁn thąc c¢ bÁn và đà tài này.

15

CH¯¡NG II: CĂ Sõ Lí THUYắT
1. Khỏi niòm tòi u húa cÃu trúc:
Tái °u hóa c¿u trúc bao gßm q trình xác đánh phân phái vÁt liáu tát nh¿t trong miÃn
khái l°ÿng vÁt lý, đÅ truyÃn hoặc hỗ trÿ (các) điÃu kián tÁi đ°ÿc áp dāng một cách an
toàn. ĐÅ đ¿t đ°ÿc điÃu này, các ràng buộc áp đặt bãi sÁn xu¿t và cách sử dāng cuái cùng
phÁi đ°ÿc xem xét. Một sá trong sá này có thÅ bao gßm tăng độ cąng, giÁm ąng su¿t,
giÁm chuyÅn vá, thay đái tÁn sá tự nhiên căa nó, sÁn xu¿t bằng các ph°¢ng pháp thông
th°áng hoặc tiên tiÁn.
2. Phân lo¿i:
Phân lo¿i theo cách tái °u hóa:

 Sizing Optimization.
 Shape Optimization.
 Topology Optimization.

Hình 2.1: Phân lo¿i cho các lo¿i tái °u hóa
2.1 Sizing Optimization:
SiO là một phÂng phỏp cỏ in v dò dng thc hiỏn bng cách chọn kích th°ßc mặt
cÃt căa các giàn, dÁm và khung hoặc độ dày căa màng, t¿m và vß làm biÁn thiÁt kÁ, nh°
trong hình 2.2. Sizing Optimization có thÅ đ°ÿc coi là một ph°¢ng pháp thiÁt kÁ chi tiÁt
căa mơ hình kÁt c¿u liên quan đÁn một sá l°ÿng lßn các thiÁt kÁ. Nó đã đ°ÿc phát triÅn
hồn thián và đang trã thành ph°¢ng pháp phá biÁn trong cộng đßng kỹ thuÁt. Trong

16

SiO, kỹ s° hoặc nhà thiÁt kÁ biÁt c¿u trúc s¿ trơng nh° thÁ nào, nh°ng khơng biÁt kích
th°ßc căa các thành phÁn t¿o nên c¿u trúc đó.

Hình 2.2: Tái °u hóa kích th°ßc cho các c¿u trúc trong máy bay
Ví dā, nÁu một dÁm s¿ đ°ÿc sử dāng, chiÃu dài và vá trí căa nó có thÅ đ°ÿc biÁt, nh°ng
khơng phÁi là kích th°ßc mặt cÃt ngang căa nó (hình 2.3A). Một ví dā khác là c¿u trúc
giàn trong đó kích th°ßc táng thÅ căa nó có thÅ đ°ÿc biÁt nh°ng khơng phÁi là các khu
vực cÃt ngang căa mỗi phÁn tử giàn (thanh), hình 2.3B. Một ví dā khác là sự phân bá
dày căa cu trỳc vò. V c bn, bt k tớnh nng nào căa một c¿u trúc địi hßi kích th°ßc
căa nó.

17

Hình 2.3: Ví dā và Sizing Optimization: (A) c¿u trúc dÁm khơng có kích th°ßc, (B)
c¿u trúc giàn ch°a xác đánh kích th°ßc mặt cÃt ngang

2.2 Shape Optimization:
ShO nhằm māc đích thiÁt kÁ các ranh gißi hoặc lỗ háng c¿u trúc trong một c¿u trúc, nh°
trong hình 2.4. Ph°¢ng pháp này có thÅ đ°ÿc sử dāng trong thực tÁ đÅ cÁi thián các vá
trí nh° phân phái ąng su¿t. Th°áng tßn t¿i một sá l°ÿng nhß các biÁn thiÁt kÁ hình học
do tham sá hóa liên kÁt. Vì sự thay đái liên kÁt trực tiÁp thay đái mơ hình hình học, phân
tích độ nh¿y hình d¿ng liên quan đÁn các biÁn thiÁt kÁ hình học ln là một v¿n đà cÁn
đ°ÿc xem xét cẩn thÁn. Rõ ràng, cÁ hai Shape Optimization và Sizing Optimization đÃu
là các quy trình thiÁt kÁ chi tiÁt mà khơng thay đái c¿u trúc liên kÁt cā thÅ căa c¿u trúc.

Hình 2.4: Tái °u hóa hình d¿ng các cutouts trong c¿u trúc vách mßng

18

Trong Shape Optimization, ẩn sá là d¿ng hoặc đ°áng viÃn căa một phÁn ranh gißi căa
miÃn c¿u trúc. Hình d¿ng hoặc đ°áng biên có thÅ đ°ÿc biÅu dißn bằng một ph°¢ng trình
ch°a biÁt hoặc bãi một tÁp hÿp các điÅm có vá trí khơng xác đánh (Hình 2.5).

Hình 2.5: MiÃn thiÁt kÁ vßi đ°áng biên đ°ÿc biÅu dißn d°ßi d¿ng ph°¢ng trình f (x, y)
2.3 Topology Optimization:

TO nhằm māc đích tìm ra một mơ hình rÃn tái °u bá trí vÁt liáu trên một miÃn thiÁt kÁ
cā thÅ vßi các điÃu kián biên đã cho, nh° trong hình 2.6. Ph°¢ng pháp này th°áng đ°ÿc
sử dāng ã giai đo¿n thiÁt kÁ s¢ khai đÅ tái °u hóa độ cąng và tÁn sá tự nhiên căa c¿u
trúc. Topology Optimization ban đÁu là một giá trá riêng biát 0-1. Thách thąc chun
mơn là giÁi pháp căa một ch°¢ng trình sá ngun quy mơ lßn. Ąng dāng thành cơng
nhá phân Lagrangian cho bài tốn sá ngun quy mơ lßn đã đ°ÿc tìm th¿y trong tác
phẩm căa Beckers [BEC 97, BEC 99], ng°ái ó xut mt phÂng phỏp kộp ỏi
phú vòi các biÁn thiÁt kÁ rái r¿c.

19