【摘要】：岩体、陶瓷制品、混凝土等脆性材料在各行各业发挥着巨大的作用,迫使人们需要对其进行全新的认识与了解,但传统的解析方法对脆性材料的受力、变形及破坏规律等力学问题很难进行深入研究。随着计算机运算性能的飞速发展,利用离散元法中的粘结颗粒模型(Bounded Particle Model,简称BPM)来模拟并探究脆性材料的力学问题已成为一种新型的研究方法。然而该方法在对离散元BPM模型的参数进行校核时过程十分繁琐。为解决上述问题,对离散元BPM模型参数校核及多个目标值优化进行相关研究,并在混凝土脆性材料的离散元模型中取得成功应用。本文的研究内容如下:1、综述了离散元BPM模型的理论及国内外研究现状,指出校准离散元BPM模型参数的难点和必要性。2、介绍了离散元PFC软件中的Fishtank模块包含的两种约束键形式以及每种约束键形式中需要校核的参数。阐述了脆性材料BPM模型的构建步骤,分析了单轴压缩数值模拟试验对BPM模型宏观力学参数的仿真及计算过程。3、通过正交试验方法计算分析了以平行约束键构建的BPM模型参数对模型的弹性模量、泊松比、单轴抗压强度这三个宏观力学参数的影响及其显著程度,这与前人总结的校核经验高度统一,为校核脆性材料离散元BPM模型提供了适用的理论依据。4、选择均匀拉丁方试验设计方法对离散元BPM模型的参数进行采样。运用响应面近似模型法拟合离散元BPM模型参数与仿真得出宏观力学参数之间的关系,构建出C20混凝土的弹性模量、泊松比和单轴抗压强度的三个响应面近似模型,并对模型的决定系数和调整决定系数两个参数进行精度检测,结果表明构建的三个响应面近似模型精度较高,能够替换PFC软件BPM模型Fishtank模块进行复杂的仿真计算过程,为下一步离散元BPM模型仿真得出的多个目标值优化奠定了基础。5、概述了优化设计方法及多目标优化设计方法,引出智能计算技术与多目标优化设计方法相结合的方法-遗传算法,并采用精英保留非劣排序遗传算法对C20混凝土三个响应面近似模型进行多目标优化求解,得出一系列Pareto前沿解,选择出满意的解带入离散元BPM模型进行运算仿真,将得出的目标值与真实材料的宏观性能指标进行误差分析,结果表明:利用该多目标优化校核方法,不仅得到的优化结果满足预期优化设计的要求,而且对不同脆性材料的离散元BPM模型多个参数的校核具有较好的通用性和可替代性。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：湘潭大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU528
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