【摘要】：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,迫使人們需要對其進行全新的認識與了解,但傳統的解析方法對脆性材料的受力、變形及破壞規(guī)律等力學問題很難進行深入研究。隨著計算機運算性能的飛速發(fā)展,利用離散元法中的粘結顆粒模型(Bounded Particle Model,簡稱BPM)來模擬并探究脆性材料的力學問題已成為一種新型的研究方法。然而該方法在對離散元BPM模型的參數進行校核時過程十分繁瑣。為解決上述問題,對離散元BPM模型參數校核及多個目標值優(yōu)化進行相關研究,并在混凝土脆性材料的離散元模型中取得成功應用。本文的研究內容如下:1、綜述了離散元BPM模型的理論及國內外研究現狀,指出校準離散元BPM模型參數的難點和必要性。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。闡述了脆性材料BPM模型的構建步驟,分析了單軸壓縮數值模擬試驗對BPM模型宏觀力學參數的仿真及計算過程。3、通過正交試驗方法計算分析了以平行約束鍵構建的BPM模型參數對模型的彈性模量、泊松比、單軸抗壓強度這三個宏觀力學參數的影響及其顯著程度,這與前人總結的校核經驗高度統一,為校核脆性材料離散元BPM模型提供了適用的理論依據。4、選擇均勻拉丁方試驗設計方法對離散元BPM模型的參數進行采樣。運用響應面近似模型法擬合離散元BPM模型參數與仿真得出宏觀力學參數之間的關系,構建出C20混凝土的彈性模量、泊松比和單軸抗壓強度的三個響應面近似模型,并對模型的決定系數和調整決定系數兩個參數進行精度檢測,結果表明構建的三個響應面近似模型精度較高,能夠替換PFC軟件BPM模型Fishtank模塊進行復雜的仿真計算過程,為下一步離散元BPM模型仿真得出的多個目標值優(yōu)化奠定了基礎。5、概述了優(yōu)化設計方法及多目標優(yōu)化設計方法,引出智能計算技術與多目標優(yōu)化設計方法相結合的方法-遺傳算法,并采用精英保留非劣排序遺傳算法對C20混凝土三個響應面近似模型進行多目標優(yōu)化求解,得出一系列Pareto前沿解,選擇出滿意的解帶入離散元BPM模型進行運算仿真,將得出的目標值與真實材料的宏觀性能指標進行誤差分析,結果表明:利用該多目標優(yōu)化校核方法,不僅得到的優(yōu)化結果滿足預期優(yōu)化設計的要求,而且對不同脆性材料的離散元BPM模型多個參數的校核具有較好的通用性和可替代性。
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【學位授予單位】：湘潭大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TU528

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