[發(fā)明專利]基于多相材料布局優(yōu)化的壩料分區(qū)方法

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310540326.9
• 申請(qǐng)日: 2013-11-05
• 公開（公告）號(hào): CN103577641A
• 公開（公告）日: 2014-02-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 史姣;蔡坤;曹靖
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 曹靖
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種壩料分區(qū)的設(shè)計(jì)方法，更具體地說，涉及一種基于多相材料拓?fù)鋬?yōu)化理論的面板堆石壩的壩料分區(qū)設(shè)計(jì)方法。?

背景技術(shù)

水壩是水利建筑物的重要組成部分，是重要的擋水建筑物。其中，面板堆石壩因具有經(jīng)濟(jì)、可靠、廣泛適應(yīng)性和環(huán)保等顯著優(yōu)點(diǎn)而受到壩工界的歡迎。?

長(zhǎng)期以來，面板因壩體變形不均勻而產(chǎn)生裂縫極為常見。而控制壩體變形可從壩高、河谷形狀、壩料物理特性及壩料分區(qū)、施工程序等角度入手。其中河谷形狀和壩料物理特性為客觀量，而壩高、料分區(qū)和施工程序?yàn)橹饔^可變量。因此，在壩高給定的情況下，壩料分區(qū)和施工程序成為影響壩體變形的主要因素。傳統(tǒng)的壩料分區(qū)設(shè)計(jì)方法僅對(duì)基于經(jīng)驗(yàn)的原設(shè)計(jì)做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，而原設(shè)計(jì)存在的缺陷無法在優(yōu)化后得到有效解決，結(jié)構(gòu)的性能并不能得到明顯改善。因此，在尺寸優(yōu)化前進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化和形狀優(yōu)化，有利于對(duì)設(shè)計(jì)從源頭得到更好的優(yōu)化。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于拓?fù)鋬?yōu)化理論的面板堆石壩的壩料分區(qū)設(shè)計(jì)方法。在滿足工程要求的情況下，能夠得到最優(yōu)材料布局方案，使結(jié)構(gòu)在現(xiàn)有工況下表現(xiàn)出最大剛度，保證開挖料得到充分利用。?

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：?

基于多相材料拓?fù)鋬?yōu)化理論的面板堆石壩的壩料分區(qū)設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：?

a)?建立結(jié)構(gòu)的有限元分析模型，初始化算法各參數(shù)，令；

b)??分析材料集合為{M_e,j}（j屬于m-1,m,…,Nm）的結(jié)構(gòu)，獲得各單元的應(yīng)變能密度；

c)??升序排列單元的應(yīng)變能密度，將序列前端一定數(shù)量的低應(yīng)變能密度單元的材料由M_e,m改變?yōu)镸_e,m-1，并累計(jì)含M_e,m材料單元的體積；

d)??若含M_e,m材料單元的體積沒有達(dá)到其約束臨界值，則返回到第?b)步重分析，否則到第?e)步；

e)??若所有材料均達(dá)到各自的體積約束臨界值，則到第?f)步；否則，令m=m-1，返回到第?b)步重分析；

f)??停止迭代；

在上述優(yōu)化設(shè)計(jì)方法中，所涉及到的建模，優(yōu)化軟件均為ANSYS軟件。?

在上述步驟（f)中為確保算法穩(wěn)定，本方法迭代過程中每次僅更新不超過?5%的總單元數(shù)的材料號(hào)。?

本發(fā)明的有益效果是，可以在滿足實(shí)際工程條件的情況下，優(yōu)化后的面板在水壓力作用下變形小，分布均勻，有利于阻止面板發(fā)生斷裂。從而證明該方法可為此類工程實(shí)踐提供具有理論基礎(chǔ)的參考設(shè)計(jì)。?

?附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明專利進(jìn)一步說明。?

圖1?：優(yōu)化分區(qū)前的壩體剖面有限元模型。進(jìn)行多相材料分區(qū)前的壩剖面有限元網(wǎng)格劃分并作為優(yōu)化設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)域。?

圖?2?：原始?jí)瘟戏謪^(qū)方法設(shè)計(jì)的布局方案。?

圖?3?：使用拓?fù)鋬?yōu)化方法優(yōu)化后得到的多相材料布局方案。基于拓?fù)鋬?yōu)化方法對(duì)設(shè)計(jì)域優(yōu)化后得到的多相材料布局，對(duì)比圖2，圖3可以看出，新型設(shè)計(jì)方法得到的設(shè)計(jì)方案與原始設(shè)計(jì)方法有明顯區(qū)別。材料分布更具規(guī)律及合理性。?