基于粒子群算法与混合罚函数法的有限元优化反演模型及应用

岩土工程优化反分析是一个典型的复杂非线性函数优化问题,采用全局优化算法是解决这个问题的理想途径。针对常规反演方法应用于岩土工程参数反演时搜索效率低的缺点,结合粒子群算法和遗传算法的特点,充分考虑二者的互补性,提出一种效率较高的全局优化算法,以测点的实测值与计算值建立一种新的评价函数,将多目标优化问题转化为单目标优化问题,用混合罚函数法将约束问题变为无约束问题,构建了一种新的目标函数,将有限元程序ABAQUS作为一个模块嵌入到优化算法程序中,编制了有限元优化反演分析程序。并给出了应用实例验证了该法的有效性和实用性,是一种可行的参数反演方法,可应用于实际工程中复杂岩土介质初始应力场反演、渗流场以及位移反分析。

基于GA-APSO混合罚模型的混凝土坝力学参数优化反演

针对混凝土坝流变力学参数反分析中的多目标优化问题,利用混合罚函数法,构建一种新的无约束单目标优化函数,并就其函数求解中常规优化算法搜根收敛速率慢、局部最优等缺陷,通过向粒子群算法(PSO)中引入自适应因子,并融合遗传算法(GA)计算优势,提出一种基于自适应遗传粒子群算法(GA-APSO)的全局优化反演方法,并将ANSYS有限元程序作为子模块嵌套到该算法程序中,编制相应的有限元优化反演分析程序。同时,通过工程算例中的大坝正反分析结果,验证文中所建混合算法具有收敛速度快和全局搜索能力强的特点,进而可提高大坝优化反演效率。该方法亦可将其推广应用于其他坝型及岩质边坡的力学参数反分析。

基于变形监测资料的混凝土坝时变参数优化反演

基于变形监测资料建立混凝土坝与基岩时变参数反演三步法:首先利用监控模型分离出的水压分量反演大坝和基岩的弹性模量;然后利用分离出的时效分量趋近值反演黏性元件的弹性参数;最后利用时效分量的过程值反演黏性元件的黏滞系数。以龙羊峡重力拱坝为例,应用上述方法,反演参数较敏感的时变参数,从力学机制上解析龙羊峡重力拱坝拱冠梁在2 530～2 610 m高程的径向时效位移向上游变位的原因。其原因是坝体和基岩黏滞系数较大,坝体自重引起向上游变位的时效变形需要较长时间才能稳定;另外,龙羊峡水库长期低水位运行也是原因之一。

海上风电筒型结构基础层状地基参数优化反演

如何准确建立地基弹性模量与压缩模量的关系已经成为海上风电结构设计与校核过程中关键难题.针对响水海上风电复合筒型基础结构原型数据与地勘资料,提出一种基于MATLAB和ABAQUS的联合仿真方法(MATABA)对筒型基础复杂层状地基参数优化反演分析.首先,开发了以MATLAB粒子群算法为主程序调用ABAQUS进行循环地基参数优化反演的程序;然后,建立三维"风机-塔筒-复合筒型基础-地基"一体化有限元-无限元耦合模型;最后,基于MAT-ABA优化反演得到的参数,对比分析风荷载激励下筒型基础结构的动态响应模拟值与实测值.结果表明,复杂层状地基弹性模量与压缩模量转换系数不同,对比优化反演得到的参数下动力响应模拟值与实测值拟合良好,表明优化反演结果的准确性与可靠性.

一种新的全局最优化反演计算方法

本文提出了一种新的最优化算法——坐标扰动法。该方法只需利用目标函数值 ,无需计算函数的导数 ,以正交的坐标轴方向为基本的搜索方向 ,当沿某基本的搜索方向搜索失败时 ,则对其进行扰动 ,从而改善其收敛性、达到全局收敛的目的。文中以一个函数极值求解问题和一维正交各向异性介质波形反演问题为例所进行的计算处理结果表明 ,本文提出的方法具有良好的全局收敛性 ,几乎不依赖于初值 ,便能以较高的精度逼近最优解。

珠江口二类水体水色三要素的优化反演

根据2003年1月珠江口实测资料获得的相关参数,建立了适用于该海域的二类水体水色三要素优化反演模型,同步优化反演得到了与2003年1月25—26日实测站点相对应的2003年1月29日的SeaWiFs图像像元点的水色三要素,反演与实测水色三要素的平均相对误差分别为:叶绿素14.9%,悬浮泥沙12.1%,黄色物质13.6%。研究结果说明本研究建立的优化反演模型比较适用于珠江口二类水体水色三要素的反演,且具有较高的反演精度。

多边形体△T最优化反演圈定火烧区

根据火烧区炮变岩△Ｔ磁异常特征，选择均匀磁化多边形体反演模型，采用最优化反演方法圈定火烧区边界；通过阻尼最小二乘法自动迭代反演，减少了这代次数和多解性，提高了解释精度。经理论模型与实例试算，证明了方法的有效性。

坝体力学参数的混合模型优化反演法及其应用

探讨了以混合模型反演大坝等水工建筑物及其基础弹模的方法 ,应用“后验差”方法进行反演成果检验 ,从而建立了一个优化反演流程 ,保证了反演计算的精度 .给出了白水峪电站安全检测分析的算例 ,结果表明 ,该混合模型优化反演法概念清晰 ,方法简便 。

优化反演理论在隧道围岩参数反演中的应用

优化反演法是结合优化技术来进行参数反演的一种方法,这种方法使反演的效率得到了很大的提高。它是建立寻找与之相应的位移计算值与实测值相比误差最小的围岩参数,并将所得的参数作为反演计算结果的方法。作者利用APDL编制用户程序调用现有的有限元优化模块实现对隧道围岩参数的优化反演,利用现有的工具,建立参数化模型来进行优化分析,提高了参数反演的效率,使整个优化过程的实现更加灵活简便。

岩体工程优化反演的目标函数

本文针对开挖施工现场实测的位移量离散性很强，而用常规方法建立的最佳估计目标函数又得不到有效估计值的问题，提出了一种根据Ｂｈａｔｔａｃｈａｒｙａ信息不等式推导出的、更具一般意义的目标函数。本文给出的目标函数可以合理地利用量测数据得到可信的结果。

海域组合单元水质模型多污染源浓度优化反演方法研究

污染源项反演是海域水质模型验证工作的主要难点之一.本文根据污染源项和监测点位的地理位置及空间分布将研究海域划分为若干单元,建立海域组合单元水质模型,并与基于人工神经网络的数据驱动模型有机结合,提出污染源浓度优化反演的新方法:通过多污染源项设计算例的水质模型计算,构建海域内部监测点污染物浓度响应集;以数据驱动模型建立监测点同污染源项之间浓度的非线性关系;将实测资料带入非线性关系中,获得多源项匹配关系,进行污染源浓度的优化反演研究.以渤海湾海域水质模型7个污染源浓度的优化反演为例,采用"孪生"试验验证反演新方法的可行性,结果表明该方法是有效的.

岩土工程非线性优化反演模型在ABAQUS中的应用

目的针对常规反演方法应用于岩土工程参数反演时搜索效率低、计算量大的缺点,提出了基于改进Nelder-Mead算法的有限元优化反分析法,为工程所需的计算参数提供参考.方法基于混合罚函数法,以测点的实测值与计算值建立误差函数,将有限元程序ABAQUS作为一个单独模块嵌入到改进的Nelder-Mead算法中,编制了优化反演分析程序.结果给出了具体的应用实例,结果表明,改进Nelder-Mead算法提高了参数的搜索效率,用较少的迭代次数就能得到满足精度要求的结果,是一种可行的参数反演方法.结论笔者提出的优化反演方法具有很强的实用性,可应用于实际工程中复杂岩土体初始应力场反演、渗流场以及位移反分析.

复杂重磁异常多阶段决策的最优化反演

用常规的阻尼最小二乘法和广义逆矩阵法反演由多个地质体产生的复杂重磁异常 ,往往不收敛。采用非线性规划的多阶段决策方法对目标函数作小波多尺度分解 ,由大尺度到小尺度逐次反演 ,消除了目标函数的冗余度 ,并克服了目标函数的复杂性。实践表明 ,多阶段决策方法能解决由多个地质体产生的复杂的多峰值异常的最优化反演问题 ,并且通过多尺度分解目标函数来搜索极小的过程是合理和收敛的。

火烧区烧变岩多边形体△T人机联作最优化反演

根据烧变岩△Ｔ磁异常特征，以多边形体为反演模型，由人机联作给出最佳初始模型，通过阻尼最小二乘法自动迭代反演，较精确地圈定了火烧区边界．经实例试算，证明该方法能减少迭代次数和多解性，提高解释精度．

非线性最优化反演在河西务南部石炭—二叠系滚动勘探中的应用

非线性最优化反演技术是基于地震信息以及构造模型和测井信息形成的约束，采用最优化方法进行反演来最大限度地推断储层横向变化。应用非线性最优化反演技术预测河西务南部石炭-二叠系的含油储层分布取得了良好的效果，为本区滚动勘探的突破提供了有力的决策依据。

奇异值分解在二维半多边形体ΔT异常最优化反演中的应用

本文推导出二维半多边形体的△T异常公式,详细叙述了计算磁性体模型的最优方法。由于在求解广义逆矩阵中采用了奇异值分解,解决了收敛速度和稳定性的兼顾问题,从而可以获得在最小二乘方意义上的最佳模型。文章用二个理论模型和下牛地区的实际资料说明了方法的有效性。

基于优化反演的绕射波提取成像技术及其应用

绕射波独立成像数据为资料精确解释提供了一种新的有用信息,绕射波分离提取的质量与绕射波成像处理资料品质密切相关。探讨了基于优化反演的绕射波提取技术,利用基于余量极小化倾角估计技术实现了反射波倾角的精确估计,利用非线性搜索的极小化优化技术和可行域投影迭代技术实现了绕射波的提取。基于正则化约束优化反演算法的绕射波提取成像方法,能够很好地去除反射波信息,提取出隐藏在偏移剖面中能量很弱的绕射波信息,突显出断层、洞穴、风化壳等异常地质信息。针对塔河油田碳酸盐岩缝洞型储层特点建立了地质模型,数值模拟了正演记录,采用基于优化反演的绕射波成像方法对其进行绕射波分离及成像,验证了方法的实用性。针对塔河油田实际三维地震资料开展了该方法的应用处理研究,对比分析了绕射波成像与常规反射波成像效果。结果表明:绕射波成像在特殊地质体勘探中具有明显的优势,能够精细刻画古风化壳破碎带、小断层、小尺度岩溶洞穴等地质信息,为储层预测提供了更加可靠的信息。

基于改进目标函数的多参数优化反演方法

优化反演方法在工程反演计算过程中,需要进行反复的正演计算,导致效率非常低。本文提出了目标函数的改进形式,并完成了改进形式的计算求解推导,大大减少了优化反演算法的正演算次数,提高了计算效率。在此基础上,与传统遗传算法相结合,开发了线弹性多参数优化反演计算程序。以小湾水电站为工程实例,反演了施工期坝基分区综合变形模量。结果表明,所提出的改进方法克服了传统遗传算法需要大量正演计算的固有瓶颈,极大地提高了反演计算效率,且计算精度可靠。改进后的目标函数同样可以与其它优化算法相结合开发相应的改进优化反演程序。

电阻率/激发极化法测深数据的一维最优化反演方法

采用差分法求偏导数矩阵， 同时对各地层中的电阻率和厚度参数进行几何修改， 以及用奇异值分解法解线性方程组， 介绍了一种收敛速度快、对初始模型要求不高、反演效果好的电阻率测深数据的一维反演方法。在此基础上， 保持各层厚度参数不变， 用塞格尔理论， 完成对极化率的反演。

地震道非线性最优化反演

在非线性最优化理论的基础上提出了地震道反演的非线性最优化方法,推导出地震道非线性最优化反演所需的梯度向量、Hasse矩阵,并对测井约束反演、反演稳定性等问题进行了探讨.理论模型和实际资料的反演结果表明,这一方法是地震道反演的一种有效手段.