基于并行遗传算法的场地浅层剪切波速度结构反演

目的针对传统遗传算法容易陷于极值,计算时间长的问题,设计基于计算机集群的一种新的粗粒度并行遗传算法反演场地浅层剪切波速度结构．方法采用遗传模拟退火算法和MPI并行计算技术,实现多进程的粗粒度集群计算,通过个体迁移策略协调优化子种群,运用计算效率判断计算负载状态,采用动态种群进行负载平衡,构建了4节点的PC集群,对算例和实际场地的浅层剪切波速度结构进行了反演计算．结果简单模型收敛于最优解,实际场地的反演结果与钻孔资料的平均误差均在20％以内,计算速度明显提高,并行遗传算法的反演结果好于串行遗传算法反演的结果．结论笔者设计的粗粒度并行遗传算法有效地加快了进化速度,并行效率高,加强了局部搜索能力,反演结果较好,适合应用于反演实际工程场地的浅层剪切波速度结构．     

基于正则化遗传算法的结构损伤识别

针对结构参数反演问题中存在的强不适定性,提出了一种基于响应面的正则化遗传算法。在识别结构损伤时,将结构单元刚度折减作为损伤指示量,以结构模型的模态参数与真实结构的模态参数尽可能接近为优化目标,采用遗传算法进行反演计算。优化求解过程中,响应面方法的引入极大地降低了结构模态参数的计算量;而目标函数中正则化项的引入则起到了抑制测量信号噪声干扰、提高识别算法鲁棒性的作用。梁式结构的损伤识别数值算例表明本文提出的损伤识别方法简明、有效。更多还原     

泵房结构动力参数反演的模型分析

泵房结构的动力结构参数反演对于评价泵房结构的健康状态尤为重要,以淮安三站为工程背景,进行泵房结构的动力参数反演。根据现场的实测一阶频率及实测的加速度峰值,基于改进遗传算法进行泵房结构的参数反演,并通过比较简化模型及弹簧约束两种模型对反演泵房结构材料参数结果的影响,得到更为合理的计算模型。该模型更加符合工程实际概况,提高了有限元正分析的精确度,从而为反演分析建立良好基础。计算结果证明,和简单模型相比较,弹簧约束模型更符合实际情况,计算结果更准确。     

人工神经网络结合遗传算法反演岩体初始地应力的研究

提出综合应用实数编码的遗传算法与改进的BP神经网络的优化反演分析方法,并通过数值分析,探讨了该方法在应用于位移反演岩体初始应力与材料参数方面的有效性.在算例中,以Burgers模型的计算数据作为改进神经网络的训练样本,用遗传算法搜索待反演参数解向量.计算结果表明利用遗传算法优化神经网络权值能提高神经网络迭代算法的效率与可靠性.该方法应用于岩体初始应力场的反演具有迭代过程平稳、收敛快、结果准确等特点,能够有效地求得岩体初始应力与材料参数.     

碾压混凝土非绝热温升参数反演分析

混凝土边界传热过程的确定是进行温度场和应力场仿真分析的关键,是研究混凝土结构温控防裂问题的重要方面之一.依托某工程,进行碾压混凝土在非绝热状态下的温度试验,并获得实测数据.采用改进遗传算法作为数值反演方法,对实测数据进行了温度场的反演计算,并将计算值与实测值进行了比较,分析反演结果的合理性,同时获得了与工程条件相符的不...     

航空瞬变电磁反演中灵敏度的快速高精度计算

为了满足在航空电磁反演迭代过程中灵敏度的计算要求,提出了多步长差分累加算法,以差分代替微分计算,用差分步长系数控制累加次数,通过多个步长中心差分结果的累加平均,实现了灵敏度的快速高精度计算。计算了多组大地模型灵敏度,结果表明:差分步长系数选取10,灵敏度矩阵元素的误差均可控制在0.1%以内。与传统中心差分方式和解析法进行对比分析,得到多步长差分累加算法在计算精度上优于中心差分方法;在计算速度上优于解析法,对于15层大地模型,计算速度提高5倍。最后,通过航空瞬变电磁反演仿真实例,证明了该算法能够满足航空电磁海量数据对反演精度和反演速度的要求。     

固定Ritz基子结构灵敏度综合方法

针对在动力系统的设计、分析和识别过程中,由于工程实际需要或设计精度要求,经常需要用到结构的高阶特征灵敏度的问题,提出了一种利用固定Ritz基子结构灵敏度综合求解结构n阶特征灵敏度的新方法.通过部件模态综合技术,有效减少了结构的自由度数目,达到了减少灵敏度分析计算量的目的.同时,用该方法进行灵敏度分析时,Ritz基是固定的,即不随设计参数变化.因此,Ritz基对设计参数的各阶导数均为零,使子结构灵敏度方法操作更加简单,更易于实现,亦减少了计算量.     

基于经验遗传-单纯形算法和结构物理响应识别结构物理参数的方法

对于复杂的大自由度系统的反演分析,遗传算法每步计算中包含大量的正演分析,成为限制遗传算法运行速度的瓶颈.减少反演分析中的正演计算次数,是扩大遗传算法适用范围的有效途径.经验遗传-单纯形算法正是解决这一问题的有效方法.将该方法应用于时间域实测结构部分的物理响应来识别结构物理参数.结果表明,该方法精度高、搜索效率高、抗噪能力强、对不完全信息情况有很好的适应性.     

基于遗传算法的GNA优化反演方法

遗传优化反演方法是工程反演计算的一个重要发展方向,但是由于算法自身的局限性,导致基于单纯遗传算法的优化反演技术难以推广应用.在深入分析遗传算法特性的基础上,指出其相应的不足之处;基于此,引入神经网络算法与模拟退火算法,有机融合3种算法,扬长避短,提出了基于遗传操作的GNA优化反演新算法;算例表明,提出的融合优化反演方法计算效率高、计算精度可靠.     

基于最佳保留策略的遗传算法波阻抗反演

基于褶积模型的遗传算法与传统最优化算法相比,它不依赖于目标函数梯度信息,整个计算过程只依赖个体适应度值,能同时对搜索空间中的多个解进行评估,具有搜索过程随机,全局搜索性能强的特点。本文放弃传统的赌轮选择方式,采取一种最佳保留策略选择方式,并用单道地震记录进行反演,对两种结果进行差异分析,可知改进遗传算法反演结果精度更高。在改进遗传算法中,子代保留了父代中最好个体的同时保证了种群基因的多样性,从而保证最终可以搜索到全局最优解,避免了标准遗传算法中的早熟收敛现象。     

河内-海防高速公路深厚软基沉降预测研究

基于越南河内-海防高速公路EX-5标段工程实例,在现场监测数据和地勘资料的基础上,借助大型有限元商业软件ABAQUS,模拟了越南深厚软土排水板堆载预压下的土体固结沉降过程;针对数值模拟中模型参数选取困难的问题,将优化算法与有限元软件结合,利用C语言编写了遗传算法-ABAQUS反分析程序,并用实例对此程序的适用性进行了验证。得到如下结论:无论是变形模量还是泊松比,路基恒载期沉降量对两者的敏感度要大于堆载期的敏感度;反演计算的最终沉降与实际沉降比较接近,相对误差基本都在10%以内,这说明编制的ABAQUS-遗传算法固结反分析程序反演出的参数值是有效的、可行的。     

遗传模拟退火算法用于浅海声速反演的仿真研究

研究了浅海声速反演中经验正交函数的参数寻优算法.通过数值仿真分析了模拟退火算法和遗传算法的优缺点,并在此基础上,提出了将二者相联合而得到遗传模拟退火算法,数值算例验证了该算法兼备二者的优点,克服了它们的缺点.以射线理论为基础,应用遗传模拟退火算法,仿真计算了浅海2种声速分布下的声速反演问题,取得了较好的结果.该方法具有不依赖初始条件且解为收敛等特点.     

分阶段结构损伤诊断方法

在现有分步损伤诊断方法的基础上,提出了一种3阶段结构损伤诊断方法。通过对遗传算法的特点进行分析,提出以逐步评定并排除无损单元的思路来处理结构损伤诊断问题。提出的分步方法中,应用了多次灵敏度遗传算法计算来进行无损单元排除,同时结合残余力向量指标对损伤大致位置进行判断。算例证明,在单纯用1种方法难以完成损伤诊断的情况下,用分步处理的方法能得到很好的效果,同时表明了多次灵敏度遗传算法计算是逐步排除无损单元的有效途径。     

分数阶扩散方程参数反演的改进花朵授粉算法

为解决传统花朵授粉算法容易受到局部极值影响的问题,将共享机制的小生境策略与花朵授粉算法相结合,提出了一种新的小生境花朵授粉算法,并将之应用于空间分数阶扩散方程的参数反演研究,以期为污染物寻源和空气污染防治提供一定的理论依据.为确保算法的寻优能力及寻优精度,首先,选取20个多模态函数,将算法改进前后的寻优性能进行对比,以验证改进算法的性能;然后,针对污染寻源问题,基于相应的空间分数阶反常扩散方程模型,运用隐式差分格式求解正问题,并采用花朵授粉算法和改进算法反演源项和扩散系数;最后,针对所提出的算法,从种群数、转换概率和搜索区间方面进行了灵敏度分析,并进一步讨论了算法的抗噪性.数值算例结果表明,对于空间分数阶反常扩散方程参数反演问题,改进后的花朵授粉算法反演效果更好,数值精度更高,可以达到理想水平.     

走时层析成像的迭代Tikhonov正则化反演研究

针对反问题求解常遇到不适定的困难,采用奇异值分析的方法探讨了层析成像反演方程的不适定特征,研究了利用迭代Tikhonov正则化方法求解二维走时层析成像问题.该方法是一种拟线性化的反演算法,采用L曲线法确定最优正则参数,拟定了四个有效的反问题迭代收敛准则,得到在残差范数和解的范数之间取最优折衷的解.核心异常数值化模型的计算结果表明,该方法比传统的联合迭代重建算法(SIRT)收敛快、精度高.     

基于随机场-贝叶斯的滑面抗剪强度参数反演

为了合理地表征滑面的抗剪强度参数,针对参数的空间变异性与不确定性问题,以三峡库区白水河滑坡为例,基于随机场、自适应条件抽样与可靠度贝叶斯更新方法,建立滑面抗剪强度参数的反演框架. 采用新的全局敏感性方法PAWN,研究不同位置条块滑面抗剪强度参数对稳定性的贡献度. 基于滑面抗剪强度参数随机场模型的反演结果,开展库水位下降工况下非侵入式随机有限元滑坡渗流变形的模拟,分析更新前、后滑面抗剪强度参数的变化特征及空间变异性对滑坡变形的影响. 结果表明：敏感度大的区域分布在滑坡前缘和后缘道路附近;反演后平稳随机场变为非平稳状态,滑坡前、后缘的位移变异性分别增大和减小.     

3种结构动力损伤诊断方法的计算性能对比

本文对灵敏度分析法、遗传算法和灵敏度遗传算法的计算性能展开了研究,为算法的进一步应用提供依据.对平面杆系结构进行数值模拟分析,考虑振动数据量和测试误差对计算结果的影响,比较不同条件下3种计算方法的效果,总结出3种计算方法的各自特点和适用条件:1)损伤数目少,振动参数充足并且准确时,灵敏度分析法效果较好;2)损伤数目多,振动参数不充足或存在误差时,灵敏度遗传算法效果较好.     

基于广义逆理论的河网糙率反演研究

引入广义逆和Backus-Gilbert反演理论，构造了牛顿-广义逆方法和自然逆方法计算优化算法的搜索方向，进行 河网糙率反演，并推导了两种算法反演解估计的分辨率矩阵和单位协方差矩阵.理论分析表明,牛顿-广义逆优化算法具有 二阶收敛速度.在反演过程中结合Wiggins方法控制观测数据中的噪声，能够有效调节河道糙率反演结果的分辨率和方差. 数值仿真表明这两种算法与Wiggins方法相结合，选取适当的控制参数，既能达到较高的精度，又能有效地抑制噪声，提 高数值计算的稳定性.