基于大坝安全监测资料的物理力学参数反演.pdf

水利学报2004年8月SHUILIXUEBAO第8期文章编号:0559-9350(2004)08-0098-05基于大坝安全监测资料的物理力学参数反演向衍苏怀智吴中如(河海大学水利水电学院江苏南京210098)摘要本文介绍了采用实数编码遗传算法反演物理力学参数的基本步骤然后结合通用的商业有限元软件MSC.Mar并利用其与FORTRAN语言的接口编写了基于MSC.Marc的物理力学参数的遗传算法反演程序文中结合某重力坝溢流坝段的监测资料利用该方法反演了大坝坝体弹性模量和坝基变形模量算例表明采用遗传算法MSC.Marc反演大坝坝体及坝基的物理力学参数是可行的关键词遗传算法大坝反演力学参数中图分类号TV698.1文献标识码A仿效系统识别理论将正分析成果作为依据通过相应的理论分析反求水工建筑物和地基的物理力学参数等即为物理力学参数的反演分析[12]反演分析方法目前主要有优化法和逆解法其中优化法应用较普遍随着人工神经网络遗传算法等前沿学科不断地被引入反分析领域进一步推动了反分析的发展与传统的参数反演算法相比遗传算法是一种直接的随机寻优方法其模拟了自然界生物进化过程中的优胜劣汰和适者生存的法则将选择交叉和变异等概念引入到算法中克服了传统优化方法的连续性和可导性的限制以及易陷入局部最优解的缺点搜索具有隐含并行性可较快地搜索到全局最优解并且对目标函数的形态没有具体要求与此同时随着计算力学的发展已开发了一批专业的商用有限元软件如MSC.Marc[34]自20世纪70年代初诞生至今一直紧跟有限元方法的理论和计算机软硬件的最新发展已发展成为功能强大的有限元软件系统它拥有丰富和完善的单元库材料模型库和高效的求解器接口的开放性使用户很方便的扩展程序功能本文利用MSC.Marc软件系统提供的与FORTRAN语言的接口编写了基于MSC.Marc的物理力学参数的遗传算法反演程序1遗传算法反演美国的Holland教授及其同事D.E.Goldberg等提出了遗传算法的基本思想该方法借鉴了物种进化的思想从代表问题可能潜在解集的一个种群(Population)开始且每个种群由经过基因编码的一定数目的个体组成产生初始种群之后按照适者生存和优胜劣汰的原理逐代演化产生出越来越好的近似解在每代中根据问题域中个体的适应度大小挑选个体并借助于自然遗传学的遗传算子进行组合交叉和变异产生出代表新的解集的种群该过程将导致种群像自然进化一样的后生代种群比前代更加适应于环境末代种群中的最优个体经过解码可以作为问题的近似最优解[56]以待反