砂土材料离散元细观参数的自动识别

发布时间：2025-05-06 21:32

　　砂土材料在土木工程中应用广泛,传统的理论研究和工程设计方法都是基于连续介质的理论对砂土进行研究的,并没有考虑土样中颗粒的大小、形状、颗粒之间接触力的相互关系和颗粒的排列方式等,所以基于连续介质力学理论对砂土进行研究与现实是不符的。离散单元法是一种不连续的数值模拟方法,与传统的数值方法相比,它能够更合理的描述颗粒粒度、物性、形状的分散性,以及运动的瞬态、波动、碰撞、颗粒凝聚和聚团的破裂、破碎行为,特别适用于土的非连续性变形等问题的研究。在离散元理论中,准确的细观参数是采用离散元进行合理模拟的前提。然而,由于表述离散元细观参数与宏观参数之间关系的精确理论还不完善,确定砂土材料宏-细观力学参数之间的函数关系还未建立,目前离散元模拟的细观参数选取具有相当的主观性和不确定性,严重影响了分析结果的可靠性。因此,准确的细观参数确定方法已成为离散元应用亟待解决的关键问题。本文基于最优化理论,提出了砂土材料离散元细观参数自动识别的方法。首先,采用PFC离散元软件模拟砂土的双轴压缩试验,对细观参数的灵敏度进行了分析,得出砂土材料的颗粒摩擦系数和颗粒接触刚度对宏观参数的影响较为敏感。然后,在此双轴压缩数值试验...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 选题背景及研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 离散元方法的发展现状
        1.2.2 离散元细-宏观力学参数关系研究的发展现状
        1.2.3 优化算法概述
        1.2.4 离散元方法在边坡稳定性分析中的应用
    1.3 本论文的主要研究内容和技术路线
        1.3.1 主要研究内容
        1.3.2 技术路线
第二章 砂土材料离散元细观参数的灵敏度分杯
    2.1 颗粒流的物理模型概述
    2.2 试样模型的构建
    2.3 摩擦系数对弹性模量、峰值强度和内摩擦角的影响
        2.3.1 摩擦系数对弹性模量的影响
        2.3.2 摩擦系数对峰值强度的影响
        2.3.3 摩擦系数对内摩擦角的影响
    2.4 法向接触刚度对弹性模量、峰值强度和内摩擦角的影响
        2.4.1 法向接触刚度对弹性模量的影响
        2.4.2 法向接触刚度对峰值强度的影响
        2.4.3 法向接触刚度对内摩擦角的影响
    2.5 本章小结
第三章 基于模式搜索算法的砂土材料离散元细观参数的自动识别
    3.1 模式搜索算法介绍
    3.2 砂土材料离散元细观力学参数自动识别的理论基础
        3.2.1 优化问题的提出
        3.2.2 细观参数识别的PFC程序实现
    3.3 算例
        3.3.1 实例应用一
        3.3.2 实例应用二
    3.4 细观参数识别的部分输出结果
    3.5 本章小结
第四章 基于BP神经网络算法的砂土材料离散元细观参数自动识别
    4.1 BP神经网络算法介绍
        4.1.1 BP神经网络的结构和学习规则
        4.1.2 BP神经网络的学习过程
    4.2 砂土材料细观力学参数反分析的BP神经网络建立
        4.2.1 输入、输出样本的选择和设计
        4.2.2 BP神经网络的建立
        4.2.3 BP神经网络的训练与仿真
        4.2.4 BP神经网络反演能力验证
        4.2.5 BP神经网络算法的MATLAB程序实现
    4.3 本章小结
第五章 边坡稳定性分析的颗粒流模拟
    5.1 工程概况
    5.2 边坡模型的建立
        5.2.1 边坡土体离散元细观参数识别
        5.2.2 模型建立
    5.3 边坡模拟结果及稳定性分析
        5.3.1 边坡模拟结果
        5.3.2 强度折减法边坡稳定性分析
    5.4 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
在学期间的研究成果
致谢



本文编号：4043120