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

›› 2011, Vol. 32 ›› Issue (S2): 598-603.

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

贾善坡^{1, 2}，伍国军³，陈卫忠^{2, 3}

1. 长江大学城市建设学院，湖北荆州 434023；2. 山东大学岩土与结构工程研究中心，济南 250061； 3. 中国科学院武汉岩土力学研究所岩土力学与工程国家重点实验室，武汉 430071

收稿日期:2011-03-31 出版日期:2011-08-10 发布日期:2011-08-26
作者简介:贾善坡，男，1980年生，博士后，副教授，主要从事地下工程及油气工程力学方面的研究工作
基金资助:
国家自然科学基金项目资助（No. 0720135906，No. 51009133）；中国博士后基金项目资助（No. 20100471516）；湖北省教育厅项目资助（No. Q20101301）；长江大学科研发展基金项目资助（No. 801170010110）

Application of finite element inverse model based on improved particle swarm optimization and mixed penalty function

JIA Shan-po^{1, 2}, WU Guo-jun³, CHEN Wei-zhong^{2, 3}

（1. School of Urban Construction, Yangtze University, Jingzhou, Hubei 434023, China; 2. Research 1Center of Geotechnical and Structural Engineering, Shandong University, Jinan 250061, China; 3. State Key Laboratory of Geomechanics and Geotechnical Engineering, Institute of Rock and Soil Mechanics, Chinese Academy of Sciences, Wuhan 430071, China

Received:2011-03-31 Online:2011-08-10 Published:2011-08-26

摘要/Abstract

摘要： 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

关键词: 混合粒子群算法, 优化反演, 混合罚函数法, 有限元, 岩土工程

Abstract: The inverse analysis in geotechnical engineering is a typical complicated nonlinear function optimization problem. To solve this problem, the global optimization algorithm is a very good method. In order to offset the disadvantages of low searching efficiency using traditional methods of back analysis, the particle swarm optimization and genetic algorithm are hybridized to construct a global optimization algorithm according to their compatibility and algorithm complementary. A new evaluation function method is established which unites multiobjective function to single objective function according to the actually measures and corresponding calculated results. The mixed penalty function method is adopted to transform constraint condition to unconfined condition and a new objective function is presented. Based on the improved particle swarm optimization, the program of back analysis is coded, in which ABAQUS is embedded as a module in the optimization algorithm. Through a tunnel model as an example, the proposed inverse program is verified; and the results show that this method is a very good inverse analysis method and its efficiency is very good. So the proposed method is a feasible method for back analysis of stress, seepage and displacement in geotechnical engineering.

Key words: improved particle swarm optimization, optimum inversion, mixed penalty function, finite element, geotechnical engineering

中图分类号:

TU 452

贾善坡，伍国军，陈卫忠. 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[J]. , 2011, 32(S2): 598-603.

JIA Shan-po , WU Guo-jun , CHEN Wei-zhong. Application of finite element inverse model based on improved particle swarm optimization and mixed penalty function[J]. , 2011, 32(S2): 598-603.

参考文献

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