多介质边坡弹性模具位移反分析模型与优化算法

利用开挖扰动实测位移，提出了求解边坡各介质弹性模量的反分析模型。同时针对目标函数的多极值性、收敛结果与初值相关等问题，提出了一种反分析优化算法。该方法一方面利用线弹性问题的尺度特性减少了一个优化变量；另一方面通过递归技术将多变量优化问题转换为一系列的单变量优化问题，并使收敛结果与初值无关。算例验证了方法的适用性。     

基于微粒群优化的智能位移反分析研究

优化技术是影响反分析精度和效率的重要因素,将微粒群优化技术与支持向量机技术结合,提出了一种新的智能位移反分析方法。该方法利用了支持向量表达非线性关系方面的优良特性,可以避免大量的数值计算,同时充分利用微粒群的全局优化、收敛速度快的优点。将提出的方法应用到具体的算例中,比较表明,本方法是一种科学、可行、收敛快、精度高的优秀算法。     

遗传算法在结构离散变量优化中的应用

利用遗传算法的基本原理，提出了结构离散变量优化设计的全局算法。该方法模拟生物遗传进化的过程进行优化求解，解决了离散变量的优化问题，对于多峰值函数、不可导的函数能以较大的概率求得全局最优解。通过实例证明了该方法的有效性。     

采用快速遗传算法进行岩土工程反分析

1　引　　言反分析法作为解决岩土工程介质本构模型及物性参数选求问题的有效方法,得到了迅速发展[1～3]。目前反分析法主要分为优化法和逆解法,其中优化法以其普实性得到了广泛应用。但实际应用中发现,传统优化方法存在结果依赖于初值的选取、难以进行多参数优化及优化结果易陷入局部极值等缺点。因此,为了更有效地进行反分析研究,有必要寻求更好的优化方法。近年来,一种源于自然进化的全局摸索优化算法---遗传算法[4],以其良好的性能引起了人们的重视,并已被引入岩土工程研究中[5]。把遗传算法引入岩土工程反分析研究是解决目前反分析缺点的一条有效途径。2　岩土工程反分析的遗传算法研究遗传算法是建立于遗传学及自然选     

基于改进萤火虫算法的杆系结构拓扑优化

基于萤火虫算法的基本原理及相应的改进策略,研究了离散变量杆系结构的拓扑优化问题。通过对初始萤火虫位置和位置更新公式进行离散,以使该算法适用于离散变量优化问题;同时,为克服在优化初期寻优速度慢的问题,对公式中的吸引力项进行改进,提出一种兼顾寻优效果和收敛速度的改进萤火虫算法。以基结构法为结构初始拓扑生成方法,以杆件截面为优化变量,以结构质量最轻为优化目标,提出了一种基于改进萤火虫算法的杆系结构拓扑优化方法。利用该方法分别对平面桁架和空间桁架结构进行拓扑优化分析,证明了所提方法的可行性和高效性。     

大连地铁隧道监测数据分析及参数智能反演

差异进化算法(Differential Evolution)是一种新型的智能优化算法,对初始值无要求,收敛速度快,对非线性函数适应性强,具有并行运算特性,尤其适应于多变量复杂问题的寻优,将该算法与有限元理论相结合编制智能位移反分析程序。针对大连地铁隧道实际工程,对地表沉降、拱顶沉降和收敛位移进行监控量测,并对数据进行拟合和回归分析;利用智能位移反分析程序和监测数据完成参数反演,以解决围岩力学参数不准确的瓶颈,反演的参数与实际勘测的十分接近;根据反演参数进行有限元数值模拟的正分析,将数值模拟的结果与实际监测数据进行对比分析,对施工过程中围岩是否安全稳定具有重要的理论意义和实用价值。     

地下水渗流模型参数识别的模拟退火算法

反问题的求解常常需要转化为非线性优化问题，其目标函数定义为观测数据与模型数据之间的残差平方和。地下水模型参数识别最常用的优化方法都是基于梯度搜索，其缺陷在于对模型参数初始估计比较敏感和局部极小问题。与传统的基于梯度搜索的优化方法相比，模拟退火算法具有良好的全局收敛特性。把含水层参数识别反问题转化为组合优化问题，提出模拟退火算法识别二维、非稳态地下水流动模型的渗透系数和储水系数的策略。反问题的不适定性由解的不唯一性和不稳定性来表征，模拟退火算法具有解决这一问题的能力。通过与梯度搜索算法相对比，数值模拟计算结果显示所提出反演方法的有效性和适用性。     

BP 网络和遗传算法在岩石边坡位移反分析中的应用

 探讨了计算速度和可靠性这两个在位移反分析工作中非常重要的问题。一方面用BP 网络代替有限元计算提高了计算效率, 另一方面用遗传算法代替常规的优化算法, 使反分析结果与初值无关。三介质边坡算例验证了上述解决方案的可行性。     

三维天然渗流场反演分析及工程应用

建立了三维天然渗流场反演分析模型。有选择地确定了反演变量的类型，应用序列二次优化方法来求解，收敛稳定且效率较高，提出了效率及精度更高的灵敏度分析，反演了泰安抽水蓄能电站工程区的天然渗流场，与实际观测资料相比，天然渗流场的反演结果是合理的，精度满足工程要求。本次反演结果为岩体大型地下洞室群的渗控优化提供了基础。     

基于改进粒子群算法CHPSO-DS的面板 坝堆石体力学参数反演

面板堆石坝堆石体力学参数反演优化问题是一个多变量、多约束的混合非线性规划问题,当正演过程用神经网络模拟器替代后,高效快捷的优化算法成为解决问题的关键.提出一种用以解决这一复杂优化问题的混合算法--混沌直接搜索粒子群(CHPSO-DS)算法.在改进的算法中,首先结合混沌优化思想对粒子群进行初始化,减轻粒子初始位置的选择对算法优化性能的影响;利用直接搜索法克服了粒子群算法后期搜索效率降低的缺陷,提高算法局部搜索能力.为证明该算法的优越性,同时将该算法与遗传算法(GA)用于水布垭面板堆石坝堆石体力学参数的位移反分析计算中.实践证明,利用CHPSO-DS算法搜索时能快速收敛到全局最优解,且算法具有较强的鲁棒性;两算法对比结果也表明,不论是优化精度还是收敛时间,CHPSO-DS算法都较GA有明显提高.最后利用CHPSO-DS算法反演的堆石体力学参数进行测点沉降预测,结果表明各个测点的计算位移值与监测值吻合较好,说明CHPSO-DS算法在复杂岩土工程位移反分析中具有良好的实际应用价值,值得进一步研究和推广.     

一种土层非线性本构模型参数的确定方法

提出一种合理确定土层非线性弹性本构模型参数的方法.以现今普遍实行的地基载荷试验为基础,依据遗传算法的组合优化理论,采用正演计算和遗传算法优化相结合的方式,建立了土层非线性弹性本构模型参数的确定方法;并依据某黄土场地地基载荷试验数据,实施了黄土土层非线性弹性本构模型参数确定的全过程.计算结果表明,所建立的方法可以实现土层非线性弹性本构模型中相互关联的多个参数的组合优化,并在对初始值要求较低的情况下,可以获得良好的参数反演精度.从而为土的变形特性分析和土与其中及相邻结构的共同作用分析,提供了较好的土体本构模型参数的确定方法.     

地层三维粘弹性反演分析

本文在假设围岩服从三元件粘弹性模型和初始地应力场分量按线性规律分布的基础上,采用直接边界单元法,依据边界、域内位移量测信息和域内扰动应力量测信息,建立了可以同时反演确定三维初始地应力和弹性常数E₁,E₂,v以及粘性常数η₂的计算法。文中采用插值函数,考虑了在边界上量测点的任意设置问题。最后,给出了算例验证及工程应用实例。     

土体邓肯-张非线性弹性模型参数反演分析

针对邓肯 -张土体的非线性 -弹性模型 ,本文用变尺度法编制了优化程序 ,对该模型参数进行参数识别 ,结合工程算例进行验证 ,并进行了反馈分析。结果表明变尺度法是一种很好的约束优化算法 ,其收敛速度快、准确性高 ,反馈分析结果能很好地符合工程实际     

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。     

遗传算法和高斯牛顿法联合反演地下水渗流模型参数

充分利用遗传算法善于进行全局搜索和高斯牛顿法善于进行局部搜索的优点,克服了两种方法各自的不足,用改进的遗传算法和高斯牛顿法联合反演地下水数值模型参数,首先用遗传算法求出地下水模型参数的初值,然后利用这组初值用高斯牛顿法进行数值模型参数的反演,并以非均质各向同性承压二维非稳定流动模型,结合有限元法讨论了用遗传算法和高斯牛顿法联合反演地下水数值模型参数的过程。计算结果表明,联合参数反演方法,具有收敛速度快、解的精度高的特点。     

巷道围岩初始应力场和弹性模量的区间反演方法

从有限元数值计算的角度对岩土工程参数的可辨性进行了分析。在可辨识性分析的基础上，考虑观测数据的不确定性，建立了在联合采用围岩位移和应力观测数据的同时，识别地应力和围岩弹性模量的反演模型。并采用约束变尺度方法求解该反演模型，获得地应力和弹性所在区间范围。     

考虑几何非线性的新型索拱桥拱轴线优化

鉴于新型索拱桥存在明显几何非线性的力学特点,针对已有拱轴线迭代优化方法收敛性不好的问题,提出在主拱圈为两铰拱的索拱桥有限元模型基础上,进行几何非线性的拱轴线迭代优化方法,以解决考虑几何非线性的超大跨径索拱桥拱轴线迭代的收敛性问题。以跨径600m索拱桥作为算例,验证方法的有效性及收敛性。算例结果表明,与仅考虑线性迭代相比,考虑非线性迭代后的主拱圈弯矩分布更合理,最大正弯矩小35%,最大负弯矩小17%,主拱圈应变能小23%;收敛性分析结果表明,该方法比主拱圈为无铰拱有限元模型方法收敛性能更好,不同的初始拱轴线均能收敛于稳定的结果。     

DQEM for large deformation analysis of structures with discontinuity conditions and initial displacements

A nonlinear mathematical model of the large deformation analysis of beams with discontinuity conditions and initial displacements is first formulized by the arc coordinates. The differential quadrature element method (DQEM) is applied to discretize the nonlinear mathematical model, and an effective method of applying DQEM to analyse the large deformation of structures with discontinuity conditions of multivariables is presented. A set of DQEM discretization equations are obtained. Then, the Newton–Raphson method is used to solve the system of nonlinear algebraic equations. As applications, some numerical examples in engineering are presented, which include the large deformation analysis of beams, frames, piles with elastic joints. The obtained results are compared with those in the existing literatures. The numerical results show that the model and the method presented in this paper may be widely applied to solve the problems of large deformation of structures with discontinuity conditions in engineering; also the method has the advantages of little amount in computation, good stability and convergence and so on.     

优化方法在弹性、横观各向同性以及弹塑性围岩变形观测反分析中的应用

本文采用四种最优化方法对地下工程围岩的岩体力学参数和初始地应力进行了优化位移反分析研究工作,编制了一套平面问题直接算法有限元程序,能解决弹性、横观各向同性及弹塑性等多种岩体互层的复杂围岩的优化位移反分析问题。结合两个工程实例进行了计算,结果是令人满意的。     

弹性地基板分析的局部Petrov-Galerkin方法

利用弹性地基板控制微分方程的等效积分对称弱形式和对解变量(挠度)采用移动最小二乘近似函数进行插值,研究了无网格局部Petrov-Galerkin(MLPG)方法在弹性地基板弯曲问题中的应用。它不需要任何形式的网格划分,所有的积分都在规则形状的子域及其边界上进行,并用罚因子法施加本质边界条件。数值算例表明,MLPG方法不但能够求解弹性静力学问题,而且在求解弹性地基板问题时仍具有收敛快,精度高的特点。