基于粒子群算法的坝料动参数反演

发布时间：2017-09-27 19:20

  本文关键词：基于粒子群算法的坝料动参数反演

  更多相关文章： 土石坝 动力参数 反演 粒子群算法 MPI

【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】

中国期刊全文数据库 前10条

1 刘伟;韩伟;;试验设计及优化方法在超临界流体萃取中的应用[J];机电信息;2016年05期

2 刘振平;迟世春;赵显波;贾宇峰;;鲤鱼潭大坝坝料动力参数反演[J];岩土工程学报;2015年04期

3 李守巨;张军;梁金泉;孙振祥;;基于堆石坝竣工期沉降观测数据的材料非线性本构模型参数反演[J];岩土力学;2014年S2期

4 汪旭;康飞;李俊杰;;土石坝地震永久变形参数反演方法研究[J];岩土力学;2014年01期

5 黄太安;生佳根;徐红洋;黄泽峰;;一种改进的简化粒子群算法[J];计算机仿真;2013年02期

6 葛宇;王学平;梁静;;改进的混合蛙跳算法[J];计算机应用;2012年01期

7 朱晟;杨鸽;周建平;宋彦刚;;“5·12”汶川地震紫坪铺面板堆石坝静动力初步反演研究[J];四川大学学报(工程科学版);2010年05期

8 花俊杰;周伟;常晓林;周创兵;;堆石体应力变形的尺寸效应研究[J];岩石力学与工程学报;2010年02期

9 彭海滨;;正交试验设计与数据分析方法[J];计量与测试技术;2009年12期

10 齐文浩;薄景山;;一种新的土体动力本构模型[J];地震工程与工程振动;2009年01期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 张顶学;关治洪;刘新芝;;多种群并行粒子群算法研究[A];第二十六届中国控制会议论文集[C];2007年

中国博士学位论文全文数据库 前4条

1 刘振平;土石坝地震应变分析与坝料动力参数反演[D];大连理工大学;2013年

2 梁海安;土石坝震害预测及快速评估方法研究[D];中国地震局工程力学研究所;2012年

3 刘福海;土石坝地震破坏机理振动台试验研究[D];大连理工大学;2012年

4 李亮;智能优化算法在土坡稳定分析中的应用[D];大连理工大学;2006年

中国硕士学位论文全文数据库 前8条

1 李四海;复合叶轮离心泵数值模拟与优化设计研究[D];扬州大学;2014年

2 万佳;基于多种群并行粒子群优化算法研究[D];南昌大学;2012年

3 田强;土石坝动力参数的反演算法研究[D];大连理工大学;2012年

4 陈崇茂;土石坝料的变参数R-O模型及其热力学解释[D];大连理工大学;2011年

5 张磊;基于分级的粒子群优化算法研究[D];广东工业大学;2011年

6 温州;高心墙堆石坝三维有限元分析及抗震安全评价[D];大连理工大学;2009年

7 赵振兴;C-SI系统的分子动力学并行仿真[D];大连理工大学;2008年

8 张治宏;基于MPI的并行计算研究[D];中国地质大学（北京）;2006年

，

本文编号：931478