基于响应面理论的高拱坝模型修正损伤识别研究北大核心CSCD

本文以二滩拱坝为工程背景,利用基于响应面理论的模型修正方法进行了结构损伤识别分析。分析过程中,将坝体合理分成若干子区域,以子区域的弹性模量折减来指示损伤,根据坝面节点灵敏度及响应面精度选择合理的测点。建立合适的响应面模型来反映坝体的动力特性与损伤变量之间的非线性关系,最后采用遗传算法进行优化计算。响应面方法的引入避免了损伤识别过程中反复调用有限元计算程序,提高了计算效率;同时提出基于坝体多次测量数据下的损伤识别方法,以提高算法的抗噪性。数值计算结果表明,本文提出的方法能有效应用于高拱坝损伤识别。     

有横缝高拱坝非线性地震响应动接触模型

本文针对有横缝高拱坝的非线性动摩擦接触问题,提出一种新的动接触算法——有限元混合法。该方法根据接触问题局部非线性的特点,将作用在接触体上的力系分解为外力和接触界面上的接触力,以接触体的位移为基本未知量,而以接触区域局部坐标系下的结点接触力为迭代变量,将非线性接触迭代收缩在可能接触面上进行,把复杂的摩擦接触非线性反映在接触力的变化上,使得迭代计算变得简单易行,并且当考虑坝体中有多条横缝的情况,可以保持关于接触力的柔度矩阵的带状性和稀疏性,大大提高了计算效率。文中首先给出了有横缝高拱坝的非线性动摩擦接触问题的力学模型,推导得出了相应的有限元柔度方程,然后详细给出了迭代求解的步骤。最后,用本文方法对地震作用下某高拱坝横缝的张开与闭合过程进行了算例分析。     

强震作用下高拱坝损伤开裂研究

本文基于混凝土的力学特性,建立能够反映混凝土动态情况的多轴损伤开裂模型。以等效三维一致粘弹性边界反映远域地基辐射阻尼效应,采用Mohr-Coulomb材料模型模拟坝基裂隙岩体在地震作用下的力学行为,运用非线性地震波动分析方法研究国内某拱坝在强震作用下的损伤开裂过程。通过对大坝的损伤程度以及坝体上、下游面的最大拉应力进行分析,给出大坝的抗震薄弱部位,并对其抗震安全性进行了评价。研究揭示拱坝动力损伤灾变机理,为高拱坝抗震安全评价提供一种分析途径。     

基于粒子群算法的高拱坝仓面排序多目标优化研究

混凝土高拱坝浇筑施工中,仓面排序是重要环节,如何通过施工进度和施工均衡性的优化获得合理的仓面排序方案是需要解决的重要问题。目前的排序方法大都是根据已有的经验或基于对坝块属性值的数学分析来制定跳仓排序规则,无法有效地解决仓面排序的多目标优化问题。本文综合考虑影响混凝土浇筑的各项因素,建立了以高拱坝跳仓排序规则为变量,以优化施工工期、月浇筑强度、浇筑机械利用率为目标的多目标优化模型,应用粒子群算法对该多目标优化问题进行求解,从而获得多目标综合最优的仓面排序方案。实例表明,本文采用粒子群算法实现了对仓面排序方案的优化调整,计算得到的Pareto解集能够为决策者提供多个方案以便更好地决策,利用逼近理想解法优选的排序方案与传统仓面排序方法的施工仿真结果相比,能够获得更短的工期和更均衡的浇筑过程,对于指导现场施工具有重要意义。     

超强地震作用下高拱坝损伤开裂行为研究

本文综合应用塑性-损伤耦合模型和接触边界方法,模拟拱坝坝体开裂与横缝开合行为,然后基于有限元仿真方法,分析某高拱坝的强震开裂行为。通过不同温度荷载工况的比较分析,研究温度荷载对拱坝非线性动力响应的影响。计算结果显示：在强震作用下,拱坝下游坝面损伤开裂出现在坝体中上部,而上游坝面损伤集中于坝基交界面附近,同时裂缝张开位移幅值较大,扩展深度较深,严重威胁拱坝整体安全。计算结果还表明：施加不同的温度荷载,拱坝的静力变形不同,导致强震作用下拱坝的横缝张开位移、坝体开裂区域、裂缝张开位移等动力响应存在显著差异。     

基于虚拟裂缝模型的带横缝高拱坝的抗震性能研究

针对国内某高拱坝,基于Hillerborg断裂力学理论的混凝土本构模型,采用constraint-function的接触算法,考虑大坝的横缝和诱导缝,建立三维坝体-地基动力相互作用分析模型。选取不同地震波,对模型进行非线性动力时程分析,研究地震过程中混凝土坝体拉-压交替的受力规律以及动力损伤的开裂过程,分析横缝和诱导缝在地震中开合往复的工作性态。研究方法和研究成果对评价高拱坝的抗震性能提供一种有效的方法。     

高拱坝施工仿真参数EMD-P-ILSTM动态更新模型研究

施工仿真参数更新是确保建设期施工进度仿真准确性的关键。但现有的参数更新方法难以对参数局部非线性和波动性变化特征进行学习和提取,更新精度有待进一步提高。为此,本文利用深度学习模型能够深度挖掘参数序列隐含信息的优势,采用分解-预测-集成的建模新思路,提出高拱坝施工仿真参数EMD-P-ILSTM动态更新模型。该模型利用基于自适应步长改进的天牛须算法对长短期记忆网络模型的超参数进行自动寻优,以提高建模效率。采用经验模态分解法将参数序列分解为多个平稳的子序列,并利用偏自相关函数自动选取各子序列的时间窗口。工程实例表明,相比于未改进的LSTM、BPNN、SVM和贝叶斯更新方法,本文模型能有效跟踪施工参数的复杂变化,具有更高的预测精度。     

高拱坝仓面施工时空冲突分析与调整方法研究

针对高拱坝仓面浇筑过程中的时空冲突问题,本文首先分析仓面施工实体在三维空间中的状态变迁过程,建立了仓面施工实体时空演化模型及描述方法;依据状态变迁过程分析了浇筑时空冲突的产生机理、分类及影响效应,同时构建了冲突的空间和时间调整机制;最后,综合上述方法构建了基于浇筑行为模拟的冲突检测机制,实现了虚拟场景下仓面浇筑过程的模拟及过程中冲突的实时检测、分析与调整,并建立了施工方案动态调整优化模型。实例分析证明,本方法可在执行前为工程人员提供方案实施过程的详细数据,了解方案的执行效果,为分析方案的可行性、合理性和安全性提供科学依据。     

基于改进HHT的高拱坝模态参数识别方法研究

水工结构出现损伤会使结构特定部分的质量或刚度发生损失,进而改变结构动力特性,这些都将在结构的模态信息中有所反映,因此如何精确地获取结构的模态信息是水工结构运行状态监测的重要前提。本文针对原型动力试验激励难的问题,结合水工结构环境激励荷载的特点,研究基于改进HHT（Hilbert-Huang Transform）的高拱坝模态参数方法。针对密频结构响应信号EMD分解过程中出现的模态混叠现象,提出了带通滤波和伪信号处理技术相结合的方法,对泄洪振动信号的EMD过程进行控制,得到结构的各阶模态分量,然后应用随机减量法提取出各阶模态分量的自由衰减信息,最后对自由衰减信息进行Hilbert变换和最小二乘拟合,得到拱坝的模态参数。     

基于折扣系数法的高拱坝多效应量证据融合评价模型

为解决多源监测信息间可能存在冲突的问题,利用D-S证据理论中的突出关键证据作用、弱化冲突证据影响的折扣系数法,建立了高拱坝多效应量冲突证据融合评价模型,并给出了一个工程实例。该模型可以合理、有效地弱化存在冲突的监测信息对高拱坝安全综合评价的不利影响。     

基于灵敏度分析的隔振器模型修正方法

直接基于正弦试验数据的模型修正研究较少,充分利用工程中积累的正弦试验数据进行结构模型修正具有重要的工程意义。本文针对航天舱段结构中的隔振器,研究采用弹簧阻尼单元进行有限元简化建模,以实测的隔振器前后端振动响应数据获得的传递函数为目标,隔振器的垂向刚度和阻尼为设计变量,利用灵敏度分析的方法对刚度和阻尼参数进行修正。修正后模型分析结果无论是固有频率还是幅值均与试验数据吻合很好,并且模型修正的过程简单、实用性强,可以应用于后续的工程结构。     

基于PLS-ELM响应面法的坝基抗滑稳定可靠度分析

复杂重力坝坝基抗滑稳定可靠度问题中,研究变量个数多,隐式功能函数非线性程度高,使用传统响应面法求解时拟合精度不高、收敛困难、结构计算量大。针对该问题,提出了重力坝坝基抗滑稳定可靠指标估计的偏最小二乘-极限学习机（PLS-ELM）动态响应面法。采用适用于处理高维度、小样本、非线性回归问题的极限学习机模型（ELM）构建隐式功能函数的响应面,并采用偏最小二乘法（PLS）优化极限学习机模型的隐含层神经元个数和输入权值,将极限学习机响应面和蒙特卡洛模拟法相结合,并构造合理的迭代方式,实现极限学习机响应面动态更新和可靠指标求解。在此基础上对某重力坝挡水坝段进行坝基抗滑稳定可靠度分析,结果表明：该方法结构计算量少,响应面拟合精度和效率高,算法容易收敛且适用性广,易于与多种结构计算方法和软件结合,适用于实际工程的坝基抗滑稳定可靠度分析;工程实例中坝基抗滑稳定可靠指标为5.10,满足规范要求;软弱夹层的材料参数对重力坝抗滑稳定可靠度影响最大。     

基于全卷积神经网络的坝面裂纹检测方法研究

针对常规裂纹检测方法难适用于坝面裂纹检测的问题,提出一种基于全卷积神经网络的裂纹检测方法,主要解决混凝土坝面裂纹的定量化检测问题。该检测方法引入图像预处理与形态学后处理相结合的方式,分别对原始数据和预测结果进行优化,提升检测精度;并根据坝面数据特点对传统FCN(fully convolutional network)网络进行改进,得到针对性更强的裂纹检测网络C-FCN(crack fully convolutional network),提升对裂纹检测的准确率;结合成像原理提取定量化信息,避免繁杂的相机标定工作,更加高效客观。利用该检测方法对实际工程进行实测,像素准确率、召回率和交并比分别达到75.13%、86.84%和60.15%,相比传统FCN网络,三项指标分别提升5.61%、16.56%、13.22%,同时定量化误差小于5%,裂纹平均宽度均不超过5 mm。该检测方法能够实现对坝面裂纹的精准识别和定量,为坝面后期风险评估和维护提供有力的数据支撑,具有显著的工程意义。     

基于Moore-Penrose广义逆的模型修正方法

结构动力学有限元模型的修正对于结构动特性、动响应乃至动强度的计算都具有重要意义.用矩阵型方法进行模型修正时,由于测试模态数目较少,导致修正过程中的方程欠定,很难求解出满意的修正结果,为此提出了一种新的有限元模型刚度矩阵和质量矩阵的求解方法.从数学的角度出发,以待修正模型的质量矩阵和刚度矩阵作为修正矩阵的估计,同时利用质...     

垫脚加锚-高拱坝加固增稳的高效方法

本文首先介绍一种加固高拱坝的高效方法—垫脚加锚法 ,并阐述预应力锚索的锚固机理 ,然后对李家峡拱坝的垫脚加锚布置作了介绍。李家峡拱坝垫脚加锚前后的地质力学模型试验成果和整体三维非线性有限元分析成果表明垫脚加锚确有很好的加固增稳效果     

基于平面布尔运算的重力坝3D有限元建模

使用六面体生成重力坝网格模型,边界协调工作复杂费时。针对此问题,本文提出一种基于平面布尔运算的三维网格划分方法。该方法从典型截面出发,经过布尔运算生成结构包络面并在其内部保留浇筑仓、结构缝等结构特征。对此包络面划分生成的二维网格内部协调,由其扩展生成的三维网格边界协调。通过编制程序实现该方法,不仅免去了实体建模的步骤,更使网格划分过程自动化。该方法为某大型重力坝提供了六套高质量网格,将其应用于施工期的仿真计算实例进一步表明了所提出方法的有效性。     

基于GASA策略的交流变频调速系统模型辨识研究

针对交流变频调速系统，探讨了应用智能优化算法实验建模方法。变频器直接驱动异步电动机的开环调速系统存在调速性能差的问题，需要速度闭环。系统用西门子变频器作为功率驱动组件，单片机参与决策，构成一种实用的闭环控制系统。应用遗传算法和模拟退火算法构造一类GASA混合优化策略，辨识表征系统动力学特性的数学模型。实验结果证明了混合优化策略的优越性，并提供了变频调速系统模型实验辨识的新途径。     

基于高频测试信号注入的配电网故障节点在线识别方法

为准确识别带电网络中的故障,提出了一种适用于多层复杂配电网故障节点的在线识别和定位方法。该方法将高频测试信号注入电网,通过智能电表向中心单元提供的电网信息获取阻抗参数,并根据阻抗特性和电网高频测试信号下的响应结果检测是否存在故障节点。采用该方法对45节点三层配电网进行多种条件下仿真,接着对8节点低压网络模型进行测试,讨论模数转换分辨率和测量误差公差对检测精度的影响。仿真和测试的结果发现,故障节点处高频接收信号电压与估计电压差值最大,表明该方法能够准确识别配电网中的故障节点。