混凝土離散元BPM模型參數(shù)校核及多目標(biāo)優(yōu)化算法的研究.pdf

1、巖體、陶瓷制品、混凝土等脆性材料在各行各業(yè)發(fā)揮著巨大的作用，迫使人們需要對(duì)其進(jìn)行全新的認(rèn)識(shí)與了解，但傳統(tǒng)的解析方法對(duì)脆性材料的受力、變形及破壞規(guī)律等力學(xué)問(wèn)題很難進(jìn)行深入研究。隨著計(jì)算機(jī)運(yùn)算性能的飛速發(fā)展，利用離散元法中的粘結(jié)顆粒模型(Bounded Particle Model，簡(jiǎn)稱(chēng)BPM)來(lái)模擬并探究脆性材料的力學(xué)問(wèn)題已成為一種新型的研究方法。然而該方法在對(duì)離散元 BPM模型的參數(shù)進(jìn)行校核時(shí)過(guò)程十分繁瑣。為解決上述問(wèn)題，對(duì)離散元 BP

2、M模型參數(shù)校核及多個(gè)目標(biāo)值優(yōu)化進(jìn)行相關(guān)研究，并在混凝土脆性材料的離散元模型中取得成功應(yīng)用。
　　本文的研究?jī)?nèi)容如下：
　　1、綜述了離散元BPM模型的理論及國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀，指出校準(zhǔn)離散元BPM模型參數(shù)的難點(diǎn)和必要性。
　　2、介紹了離散元PFC軟件中的Fishtank模塊包含的兩種約束鍵形式以及每種約束鍵形式中需要校核的參數(shù)。闡述了脆性材料 BPM模型的構(gòu)建步驟，分析了單軸壓縮數(shù)值模擬試驗(yàn)對(duì)BPM模型宏觀力學(xué)參數(shù)的仿真

3、及計(jì)算過(guò)程。
　　3、通過(guò)正交試驗(yàn)方法計(jì)算分析了以平行約束鍵構(gòu)建的BPM模型參數(shù)對(duì)模型的彈性模量、泊松比、單軸抗壓強(qiáng)度這三個(gè)宏觀力學(xué)參數(shù)的影響及其顯著程度，這與前人總結(jié)的校核經(jīng)驗(yàn)高度統(tǒng)一，為校核脆性材料離散元BPM模型提供了適用的理論依據(jù)。
　　4、選擇均勻拉丁方試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)離散元BPM模型的參數(shù)進(jìn)行采樣。運(yùn)用響應(yīng)面近似模型法擬合離散元 BPM模型參數(shù)與仿真得出宏觀力學(xué)參數(shù)之間的關(guān)系，構(gòu)建出C20混凝土的彈性模量、泊松比和

4、單軸抗壓強(qiáng)度的三個(gè)響應(yīng)面近似模型，并對(duì)模型的決定系數(shù)和調(diào)整決定系數(shù)兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行精度檢測(cè)，結(jié)果表明構(gòu)建的三個(gè)響應(yīng)面近似模型精度較高，能夠替換PFC軟件BPM模型Fishtank模塊進(jìn)行復(fù)雜的仿真計(jì)算過(guò)程，為下一步離散元BPM模型仿真得出的多個(gè)目標(biāo)值優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。
　　5、概述了優(yōu)化設(shè)計(jì)方法及多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，引出智能計(jì)算技術(shù)與多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法相結(jié)合的方法-遺傳算法，并采用精英保留非劣排序遺傳算法對(duì)C20混凝土三個(gè)響應(yīng)面近似模型