基于粒子群算法的坝料动参数反演
本文关键词:基于粒子群算法的坝料动参数反演
【摘要】:随着我国水利水电工程建设的发展,我国许多已建或在建土石坝的坝高达到200m甚至300m级。这些高坝大多位于西南地区强烈地震带上,一旦在地震中出现事故,将会造成灾难性的后果。因此,抗震安全性是土石坝要解决的主要问题之一。目前,土石坝的抗震安全性分析通常采用有限元法。而筑坝土石料的动力模型参数是影响有限元分析结果的主要因素。筑坝土石料的动力模型参数一般通过室内动三轴、动单剪等试验确定的。而土石坝施工现场的坝料密度受施工工艺、施工方法和施工质量的影响,与室内验试密度存在差距。而密度又会影响土体的动力特性,因此实验室测定的土石料动参数与实际动参数存在差异,用实验室测定的动力计算参数进行坝体抗震分析,并不一定反映出实际的坝体情况。反演分析方法为确定土石坝的动力参数提供了新的途径,该方法充分利用坝体在地震中的响应信息,通过数值计算确定土石坝坝料的参数。但是有关土石坝动力参数反演研究还有很多不足,如一些学者仅反演动力模型中的部分参数、反演研究多以二维有限元模型为基础,没有考虑二维有限元模型和实际情况的差别等。针对以上问题,本文采用加速度反应谱作为目标函数,在二维和三维鲤鱼潭有限元模型的基础上通过粒子群优化算法来反演坝料的动剪模量系数K2、动剪模量参数K1、动剪模量指数n和最大阻尼比λmax,并探究了模量衰减曲线和阻尼比增长曲线对坝料动力特性的影响。MPI并行粒子群优化算法解决了反演计算慢、效率低的问题,保证了三维模型反演在时间上的可行性,实现了二维和三维鲤鱼潭初始应力状态对反演结果影响的研究。
【关键词】:土石坝 动力参数 反演 粒子群算法 MPI
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TV641;TV41
【目录】:
- 摘要4-5
- Abstract5-9
- 1 绪论9-12
- 1.1 研究背景及意义9-10
- 1.2 国内外的研究发展及现状10
- 1.3 本文研究的内容10-12
- 2 土石坝动力有限元计算理论12-18
- 2.1 引言12
- 2.2 沈珠江概化模型12-14
- 2.3 结构动力方程的求解14-16
- 2.4 阻尼阵的确定16
- 2.5 土石坝动力有限元求解步骤16-17
- 2.6 小结17-18
- 3 目标函数18-22
- 3.1 引言18
- 3.2 目标函数的建立方法18-19
- 3.3 反应谱的计算方法19-21
- 3.4 小结21-22
- 4 粒子群算法及MPI并行计算22-45
- 4.1 引言22
- 4.2 标准粒子群优化算法22-26
- 4.2.1 粒子群算法的起源22-23
- 4.2.2 粒子群算法的基本原理23-24
- 4.2.3 粒子群算法的流程24
- 4.2.4 粒子群算法的参数改进方法24-26
- 4.3 改进的粒子群算法26-35
- 4.3.1 变异粒子群算法26-27
- 4.3.2 简化粒子群算法27-28
- 4.3.3 蛙跳简化粒子群算法28-29
- 4.3.4 分级粒子群算法29-30
- 4.3.5 模式降维粒子群算法30-31
- 4.3.6 试验与分析31-35
- 4.4 并行计算35
- 4.5 MPI概述35-36
- 4.6 MPI通信模式36-38
- 4.7 MPI并行程序的基本模式38-39
- 4.8 MPI并行程序设计39-40
- 4.8.1 MPI的基本函数39-40
- 4.8.2 MPI程序设计步骤40
- 4.8.3 并行程序设计注意事项40
- 4.9 并行粒子群优化算法40-44
- 4.9.1 多种群并行粒子群算法40-41
- 4.9.2 并行粒子群算法41-42
- 4.9.3 并行计算和串行计算的效率比较42-44
- 4.10 小结44-45
- 5 正交试验分析参数的敏感性45-59
- 5.1 引言45
- 5.2 正交实验方法概述45-46
- 5.2.1 正交试验起源和发展45
- 5.2.2 正交实验原理和特点45-46
- 5.3 正交表46-47
- 5.3.1 正交表的特点和性质46-47
- 5.3.2 正交表的选用原则47
- 5.3.3 因素的安排原则47
- 5.4 正交试验分析方法47-48
- 5.5 正交试验确定目标函数48-58
- 5.5.1 理想坝体模型48-49
- 5.5.2 输入的地震波49-50
- 5.5.3 反演结果确定目标函数50-54
- 5.5.4 正交试验确定目标函数54-56
- 5.5.5 验证反演参数56-58
- 5.6 小结58-59
- 6 基于加速度反应谱的土石坝动力参数反演59-90
- 6.1 引言59
- 6.2 二维鲤鱼潭坝料动参数反演59-75
- 6.2.1 工程概况59-60
- 6.2.2 计算模型60
- 6.2.3 静力计算60-62
- 6.2.4 坝料的动力参数反演分析62-71
- 6.2.5 验证反演参数71-75
- 6.3 鲤鱼潭三维和二维有限元模型反演对比研究75-89
- 6.3.1 坝体测点布置75-76
- 6.3.2 坝体有限元模型76-77
- 6.3.3 静力计算77-79
- 6.3.4 坝料动力参数反演分析79-87
- 6.3.5 三维和二维模型结果对比分析87-89
- 6.4 小结89-90
- 7 结论与展望90-91
- 7.1 结论90
- 7.2 展望90-91
- 参考文献91-93
- 攻读硕士学位期间发表学术论文情况93-94
- 致谢94-95
【参考文献】
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,本文编号:931478
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