[發(fā)明專利]基于遺傳算法與多維動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整的埋地懸空管道工況參數(shù)智能辨識(shí)方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011341887.2
• 申請(qǐng)日: 2020-11-25
• 公開（公告）號(hào): CN112487712A
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樊智勇;劉曉宇;劉天蘋;趙穎
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)科學(xué)院力學(xué)研究所
• 主分類號(hào): G06F30/27
• 分類號(hào): G06F30/27;G06F113/14;G06F119/14
• 代理公司: 北京和信華成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11390
• 代理人: 焦海峰

1.基于遺傳算法與多維動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整的埋地懸空管道工況參數(shù)智能辨識(shí)方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)估計(jì)實(shí)際工況參數(shù)的取值范圍；

(2)將參數(shù)在其取值范圍內(nèi)進(jìn)行離散，形成對(duì)應(yīng)各離散值的多個(gè)模板工況，利用力學(xué)模型和遺傳算法計(jì)算各模板工況下管道各橫截面的軸向最大應(yīng)變，形成模板數(shù)據(jù)庫(kù)；

(3)監(jiān)測(cè)實(shí)際工況中管道各監(jiān)測(cè)截面的軸向最大應(yīng)變，形成監(jiān)測(cè)應(yīng)變時(shí)間序列；

(4)利用多維動(dòng)態(tài)時(shí)間規(guī)整算法，計(jì)算模板數(shù)據(jù)庫(kù)和監(jiān)測(cè)應(yīng)變時(shí)間序列的相似度，通過比較相似度大小辨識(shí)實(shí)際工況參數(shù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(1)中的工況參數(shù)包括懸空中心位置d'，懸空寬度L的演變范圍，管下地基土體抗力系數(shù)k；

其中，以監(jiān)測(cè)點(diǎn)分布中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，以管道軸向?yàn)樽鴺?biāo)軸x'時(shí)，懸空中心的坐標(biāo)為d'，估計(jì)的懸空中心位置d'的取值范圍為[d_min，d_max]，懸空寬度L的演變范圍無(wú)需估計(jì)，估計(jì)的管下地基土體抗力系數(shù)k的取值范圍[k₁，k_M]。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中的形成模板數(shù)據(jù)庫(kù)，包括：

(1)將管下地基土體抗力系數(shù)k離散為k₁，k₂，…，k_M，對(duì)于各離散值，得到M個(gè)模板工況，分別記為S₁，S₂，…，S_M，其中，M為模板工況個(gè)數(shù)；

(2)模板數(shù)據(jù)庫(kù)里的時(shí)間因素通過逐步增加的懸空寬度L來(lái)體現(xiàn)，對(duì)于各模板工況，按固定的增量步增大懸空寬度L，直至管道最大的軸向拉應(yīng)力大于管道的屈服強(qiáng)度；對(duì)于此過程中的每一懸空寬度，利用力學(xué)模型和遺傳算法計(jì)算管道各橫截面的軸向最大應(yīng)變，最終得到各模板工況所有懸空寬度下的管道各橫截面的軸向最大應(yīng)變，即形成模板數(shù)據(jù)庫(kù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟(2)中，按固定的增量步增大懸空寬度過程中，埋地懸空管道的力學(xué)模型將從彈性模型轉(zhuǎn)變?yōu)樗苄阅Ｐ停粡椥阅Ｐ捅硎菊麄€(gè)管道的管土之間均處于彈性相互作用；塑性模型表示其中一段管道和地基土之間處于彈性相互作用，另一段管道和地基土之間處于塑性相互作用；管土相互作用采用理想彈塑性本構(gòu)關(guān)系，通過比較懸空邊界處的管道撓度ω₀與管土相互作用彈塑性臨界位移ω_c的大小來(lái)確定模型類別，若ω₀≤ω_c，則是彈性模型，若ω₀＞ω_c，則是塑性模型；

根據(jù)管道撓曲微分方程求得兩種力學(xué)模型下管道各段的撓度通解表達(dá)式，結(jié)合管道的邊連條件、臨界條件和伸長(zhǎng)量條件，得到相應(yīng)的待求方程組，

兩種力學(xué)模型關(guān)于懸空中心對(duì)稱，取模型右半部分為研究對(duì)象，懸空段為第一段，塑性段為第二段(彈性模型沒有此段)，彈性段為第三段，

對(duì)于彈性模型，管道各段的撓曲微分方程、撓度通解和定解條件為：

當(dāng)0≤x≤L/2時(shí)，管道第一段撓曲微分方程為：

EIω″″₁-Tω″₁＝q (1)

撓度通解為：

當(dāng)L/2≤x≤∞時(shí)，管道第三段撓曲微分方程為：

EIω″″₃+kω₃＝q (3)

撓度通解為：

管道的定解條件為：

邊連條件：

伸長(zhǎng)量條件：

記作：

對(duì)于塑性模型，管道各段的撓曲微分方程、撓度通解和定解條件為：

當(dāng)0≤x≤L/2時(shí)，管道第一段撓曲微分方程為：

EIω″″₁-Tω″₁＝q (9)

撓度通解為：

當(dāng)L/2≤x≤Δ時(shí)，管道第二段撓曲微分方程為：

EIω″″₂-Tω″₂＝q-p_c (11)

撓度通解為：

當(dāng)Δ≤x≤∞時(shí)，管道第三段撓曲微分方程為：

EIω″″₃+kω₃＝q (13)

撓度通解為：

管道的定解條件為：

邊連條件：

臨界條件和伸長(zhǎng)量條件：

記作：

對(duì)于彈性模型和塑性模型，ω₁，ω₂，ω₃分別表示管道第一、二、三段的撓度，ω′₁，ω″₁,ω″′₁,ω″″₁為第一段管道撓度的一階、二階、三階、四階導(dǎo)數(shù),ω′₂，ω″₂,ω″′₂,ω″″₂為第二段管道撓度的一階、二階、三階、四階導(dǎo)數(shù),ω′₃，ω″₃,ω″′₃,ω″″₃為第三段管道撓度的一階、二階、三階、四階導(dǎo)數(shù)；q為上覆土體和管道自重的均布荷載，k為管下地基土體抗力系數(shù)，p_c為地基土體最大分布抗力，大小為k×0.015(H+D)，其中管土相互作用彈塑性臨界位移為ω_c＝0.015(H+D)，L為懸空寬度，Δ為塑性區(qū)半寬度，T為管道軸力，f為管道與土體之間的均布摩擦力，E為管道彈性模量，H為上覆土體厚度，D為管道的外徑，A為管道橫截面積，I為管道橫截面的慣性矩；

α，β計(jì)算公式如下

另外，c₁、c₂、c₃、c₄、c₅、c₆、c₇、c₈、c₉、c₁₀、c₁₁、c₁₂為待定常數(shù)；

將撓度通解代入邊連條件、臨界條件和伸長(zhǎng)量條件，即得到關(guān)于塑性區(qū)半寬度Δ、管道軸力T以及c₁～c₁₂的非線性方程組。