基于支持向量机和模拟退火算法的位移反分析

提出了一种基于支持向量机和模拟退火算法的位移反分析方法,一方面用支持向量机代替有限元计算提高计算分析速度,另一方面用模拟退火算法代替传统的优化算法,避免优化过程中目标函数陷入局部极小值而无法继续寻优的状态,从而提高反演的效率精度。应用该方法对边坡的岩体力学参数进行反演,反演结果验证了模型的可行性。     

大岗山地下厂房洞室群围岩力学参数的动态反演与开挖稳定性分析研究

岩体力学参数是影响地下工程围岩稳定的重要因素,随着地下洞室开挖进度的发展,岩体力学参数将产生明显变化。为实时反映开挖过程中围岩的力学参数变化,建立正交试验设计效应优化位移反分析法,应用该方法对大岗山水电站地下厂房洞群分步开挖过程中围岩的力学参数进行实时动态反演。利用动态反演的力学参数对各开挖层围岩进行稳定性分析,揭示出洞群开挖过程中围岩位移场、应力场和塑性区的变化规律,反演计算位移值与实测位移值吻合较好。根据分步开挖计算结果,提出地下厂房洞室群的加固处理建议,并及时反馈给设计单位,实时指导和优化工程的设计与施工。     

优化反演理论在隧道围岩参数反演中的应用

优化反演法是结合优化技术来进行参数反演的一种方法,这种方法使反演的效率得到了很大的提高.它是建立寻找与之相应的位移计算值与实测值相比误差最小的围岩参数,并将所得的参数作为反演计算结果的方法.作者利用APDL编制用户程序调用现有的有限元优化模块实现对隧道围岩参数的优化反演,利用现有的工具,建立参数化模型来进行优化分析,提高了参数反演的效率,使整个优化过程的实现更加灵活简便.     

索风营水电站地下洞室岩体力学参数的位移反分析

利用支持向量机和模拟退火算法对索风营地下洞室岩体的力学参数进行位移反分析,一方面支持向量机代替有限元计算提高了计算分析速度,另一方面用模拟退火算法代替传统的优化算法,避免优化过程中目标函数陷入局部极小值而无法继续寻优的状态,提高了反演的效率精度。利用反演得到的岩体力学参数进行有限元正分析所得位移与现场实测结果更加接近。     

软岩浅埋段大断面输水隧洞围岩参数反分析

本文针对位移反分析法在隧道设计与施工过程中的实际应用进行可行性研究,以浙江临海市大田平原排涝隧洞工程为研究背景,对所选反演参数进行了黄金分割优化迭代计算,结合现场监测数据和FLAC~(3D)有限元软件,对围岩松动区进行了位移反演分析和隧道数值模拟计算。研究结果表明,利用该类反分析方法得到的围岩反演参数组合较为可靠。对同一隧道断面的拱顶进行锚杆应力数值模拟,与对应点的监测数据比较吻合,进一步验证了反分析参数的可靠性。     

边坡加权位移反演方法及工程应用研究

参数反演是获得岩土强度参数的重要手段,而对于分层或者含有软弱夹层的边坡,加权位移反分析是获得其土体参数的有效反演方法。利用边坡测斜数据与土体分块的基本思想,提出了一种加权方法。根据土体深部位移曲线与最小二乘原理,将边坡土体划分为若干个具有不同位移特点的块体,单个块体的位移可以用两个量进行表示:滑动位移与变形位移。将反映块体自身强度的变形位移作为加权反分析的权重,并提出了新的反演目标函数。最后,依托实际工程,利用新方法计算了边坡的强度参数,其结果与现场试验符合较好。同时,敏感度计算的结果也表明该方法的反演效果更佳。     

位移反分析的APSO-WNN模型研究及应用

用改进粒子群优化算法对小波神经网络进行优化，从而提出改进粒子群算法优化小波神经网络模型（APSO-WNN）。该模型具有小波变换的良好时频局域化性质、良好时域和频域分辨能力及传统神经网络的自学习功能；同时用改进的粒子群优化法进行全局最优搜索，快速收敛到全局最优解，使其具有良好的逼近能力、容错能力和较强的鲁棒性。因此，该计算模型适合解决具有复杂非线性和模糊性特点的岩土工程问题。为证明该模型的优越性，同时将该计算模型与传统遗传算法神经网络用于三峡船闸高边坡4种介质弹性模量的位移反分析计算，结果表明不论是优化精度还是收敛时间，该算法都较遗传算法有明显提高。最后利用APSO-WNN反演的弹性模量参数进行测点位移预测，预测表明各个测点的计算位移值与监测值吻合较好，说明该模型在岩土工程位移反分析中具有良好的实际应用价值。     

加权位移反演法确定岩体结构面的力学参数

在直接法位移反分析的基础上，针对岩体结构面的变形特征提出了加权位移反演法，用现场实测位移来反演求取可能的控稳结构面的力学参数，并用灵敏度分析证实了该方法的正确性。最后利用加权位移反演法计算得出了某工程岩坡３条顺层缓倾角泥化夹层的ｃ，ｆ值，结果表明加权位移反演法具有较高的实用价值。     

基坑支护位移和安全性监测的动态预报

通过将现场信息采集、优化反演参数及围护结构变形和稳定分析有机地进行结合,对基坑支护位移和安全性监测建立了动态预报技术,包括提出了分析理论和方法。其基本过程是：第一步,采集现场量测信息;第二步,借助优化反演过程获得计算参数;第三步,用反演计算得到的参数预测下一步开挖的位移量及稳定性。这一方法可在基坑开挖过程中,依据现场量测信息,对基坑开挖的安全性及时作出预测和评估,从而指导施工。     

岩土工程位移反分析的智能反演综述

在分析岩土力学位移反分析研究现状的基础上 ,着重介绍了位移反分析智能反演方法的原理、特点及近年来在此方面的研究进展。研究表明 ,智能位移反分析简便实用、计算精度高 ,克服了传统算法的诸多不足 ,具有广阔的应用前景 ,是位移反分析的一个新的发展方向。     

一种四面体网格的混沌混合优化方法

研究了基于优化算法的网格修匀技术，指出常规的基于梯度的优化算法，如BFGS等，收敛速度很快，但受初始值影响大，不能保证得到全局的最优解，为了避免陷入局部优化，采用了一种混沌搜索和BFGS相结合的混合算法来求解模型，通过算例验证，这样的求解策略稳定性好，能够用于解决实际优化问题。     

四面体网格修匀算法研究

对有限元分析中网格优化的算法进行了研究。基于单元形状的度量准则,构造了与不可微目标函数等价的可微目标函数,建立了四面体网格修匀的优化模型。为了尽量避免陷入局部优化,采用了BFGS与混沌搜索相结合的求解算法,提高了获得全局最优解的概率。算例结果表明,该优化算法易于实现,稳定性好,效率较高,能够用于实际的网格优化。     

堆石体三轴剪切试验的三维细观数值模拟

从细观角度出发,采用随机模拟技术建立堆石体的三维随机颗粒模型,基于修正的增广Lagrangian算法的非线性接触算法模拟颗粒间的相互接触,采用损伤软化模型描述细观单元的应力应变关系,当细观单元的损伤度超过损伤阀值时删除该单元,采用Weibull概率分布描述堆石体材料物理力学性质的非均匀性。以水布垭面板堆石坝茅口组堆石为研究对象,进行其三轴剪切试验的变形体离散元细观数值模拟,采用应变控制加载,再现了堆石体的颗粒变形和运动规律。数值计算结果表明,数值模拟能够较好地反映堆石体三轴试验的变形规律,得到的轴向应变–偏应力曲线和轴向应变–体积应变曲线接近试验曲线。从能量角度分析了颗粒变形、颗粒间的摩擦、颗粒的损伤破碎、颗粒运动在加载过程中对系统的贡献。     

有限覆盖无单元法在岩土类弱拉型材料摩擦接触问题中的应用

介绍了平面弹性摩擦接触问题的参变量最小势能原理 ,进而在Simo等研究基础上推导建立了适合于岩土类等弱性受拉材料的扩展Lagrange乘子法的迭代格式 ,在无单元方法的理论框架下讨论了扩展Lagrange乘子法的具体数值实施过程 ,并进行了算例分析与比较研究 ,着重探讨了有限覆盖无单元方法与现有无单元Galerkin法在处理界面接触问题时的不同之处及其优越性     

Validation of dynamic block displacement analysis and modification of edge-to-edge contact constraints in 3-D DDA

The validity of three-dimensional discontinuous deformation analysis (3-D DDA) is examined by comparing its solution for dynamic block displacement with an analytical solution. Displacement of a single block on inclined planes subjected to dynamic loadings is studied for analytical solutions derived with respect to the frictional resistance offered by the planes. 3-D DDA predicts accurately the analytical displacements, and the results were found sensitive to the maximum displacement ratio, and the size of the time step, which are defined by the user. Best results were achieved when the actual displacements were approximately equal to the assumed maximum displacements per time step. Furthermore, edge-to-edge contact constraints have been improved by using the augmented Lagrangian method instead of the penalty method. Using the augmented Lagrangian method to enforce contact restraints retains the simplicity of the penalty method, and reduces its disadvantages. The new formulation of edge-to-edge contact using the augmented Lagrangian method is implemented in 3-D DDA and has been programmed in VC++. Finally two illustrative examples are presented for demonstrating this new approach.     

一种高效的阻尼器优化设计方法

以隔离非线性方法为基础,并对基于种群的可行性遗传算法进行改进,提出了一种高效的阻尼器优化设计方法。首先基于隔离非线性方法基本思想,分别推导了附加位移型和速度型阻尼器消能减震结构的隔离非线性控制方程; 随后,采用基于种群可行性约束优化遗传算法对其中的初始种群生成方法及交叉、变异、选择算子进行改进,以提高算法在可行域边界附近的搜索能力; 最后,通过对某钢结构增设金属阻尼器进行工程加固,验证了该方法的准确性和高效性。结果表明:新方法拓展了隔离非线性方法的应用范围,提高了遗传算法在可行域边界附近的搜索能力和设计中的计算效率,是一种高效的阻尼器优化设计方法。     

基于可行弧内点算法的上限有限单元法优化求解

上限有限单元法将寻找机动相容速度场的问题转化为一个数学规划问题,克服了人为构造机动相容速度场的困难,在复杂工程问题中具有广阔的应用前景。基于非线性规划的上限有限单元法,可避免对屈服函数的线性化处理,大大地减少了优化变量数,同时可节约大量存储空间,但由此产生的非线性规划模型十分复杂。为此,在引入一种非线性上限规划模型的基础上,探讨基于可行弧内点算法对其进行优化求解的步骤。首先,采用BFGS公式对屈服函数的Hessian矩阵进行迭代,避免了计算过程中该矩阵病态的问题;其次,通过构造可行弧,克服了当迭代点到达非线性约束边界时搜索步长过短的问题;最后,采用Wolfe非精确搜索技术进行线性搜索,提高了步长搜索效率。通过MATLAB编程进行算例分析表明,基于可行弧内点算法的非线性上限有限单元法,计算效率高、计算误差小、数值稳定性好,可以适应大部分土体稳定性分析计算。     

堆石体应力变形细观模拟的随机散粒体不连续变形模型及其应用

 从细观角度建立堆石体的随机散粒体不连续变形(SGDD)模型,该模型采用蒙特卡罗法建立堆石体的随机分布模型,通过基于修正的增广Lagrangian算法的非线性接触算法模拟颗粒间的相互接触作用,可以有效模拟颗粒相互作用及尖端破坏等因素。对堆石体三轴试样进行细观数值模拟和试验验证,再现了堆石体内部的颗粒运动变形规律。数值计算结果表明,SGDD模型能够较好地反映堆石体试验的瞬时变形规律。对室内试验缩尺效应进行探讨,采用试验级配与真实级配的2组三轴堆石体试样,运用SGDD模型进行对比分析。计算结果表明,在没有考虑堆石体流变和湿化的条件下,采用原始级配的SGDD模型在相同的应力水平和围压下表现出较小的变形。     

Constrained mean‐variance mapping optimization for truss optimization problems

Truss optimization is a complex structural problem that involves geometric and mechanical constraints. In the present study, constrained mean‐variance mapping optimization (MVMO) algorithms have been introduced for solving truss optimization problems. Single‐solution and population‐based variants of MVMO are coupled with an adaptive exterior penalty scheme to handle geometric and mechanical constraints. These tools are explained and tuned for weight minimization of trusses with 10 to 200 members and up to 1,200 nonlinear constraints. The results are compared with those obtained from the literature and classical genetic algorithm. The results show that a MVMO algorithm has a rapid rate of convergence and its final solution can obviously outperform those of other algorithms described in the literature. The observed results suggest that a constrained MVMO is an attractive tool for engineering‐based optimization, particularly for computationally expensive problems in which the rate of convergence and global convergence are important.     

基于生长空间限定与并行搜索的模拟植物生长算法的空间结构优化方法

为弥补传统设计理念和优化方法的不足,促进空间结构的发展与创新,结合前沿优化理论,依据模拟植物生长算法(PGSA)的基本原理,提出基于生长空间限定与并行搜索的模拟植物生长算法(GSL&PS-PGSA),并与空间结构优化相结合,建立了基于GSL&PS-PGSA的空间结构优化方法。给出了相应的结构优化流程,并采用MATLAB及ANSYS二次开发语言APDL编制了优化程序。通过单层球面网壳截面优化和弦支穹顶预应力优化的典型空间结构算例分析,结果表明：所提出的GSL&PS-PGSA为算法提供了有效的终止机制,且具有高效的计算效率及全局搜索能力;与遗传算法(GA)、粒子群算法(PSO)、ANSYS自带优化方法以及其他改进PGSA算法等相比,GSL&PS-PGSA的优化效果更为显著且具有明显优势;所建立的基于GSL&PS-PGSA的空间结构优化方法,可适用于各类传统和新型空间结构体系的优化问题。