Оптимизация компоновки разрывов - Discontinuity layout optimization

Механизм отказа закладного фундамента (определяется с помощью DLO)

Оптимизация компоновки разрывов (DLO) - это инженерный анализ процедура, которая может быть использована для непосредственного определения суммы грузить которые могут переноситься твердым телом или конструкцией до обрушения. Используя DLO, расположение плоскостей разрушения или «разрывов» в разрушающемся твердом теле или конструкции идентифицируется с помощью математическая оптимизация методы (отсюда и название «оптимизация макета разрывов»). Предполагается, что разрушение происходит в пластике или пластике.пластик манера.

Как это устроено

Процедура DLO состоит из нескольких этапов, описанных ниже.

Объясняет шаги, выполняемые при анализе твердого тела с использованием оптимизации компоновки разрывов (DLO).

Набор потенциальных неоднородностей может включать в себя неоднородности, которые пересекаются друг с другом, что позволяет идентифицировать сложные схемы отказов (например, с участием «веерных» механизмов, когда многие неоднородности исходят из точки).

DLO можно сформулировать в терминах отношений равновесия («статическая» формулировка) или в терминах перемещений («кинематическая» формулировка). В последнем случае цель задачи математической оптимизации состоит в том, чтобы минимизировать внутреннюю энергию, рассеиваемую вдоль разрывов, с учетом ограничений узловой совместимости. Это можно решить с помощью эффективных линейное программирование методы и, в сочетании с алгоритмом, первоначально разработанным для задач оптимизации компоновки ферм,[1] Было обнаружено, что мощность современных компьютеров может использоваться для прямого поиска очень большого количества различных топологий механизма отказа (примерно до 21,000,000,000 различных топологий на ПК текущего поколения). Полное описание применения DLO к задачам плоской деформации было предоставлено Смитом и Гилбертом,[2] к анализу арки кладки Гилбертом и др.,[3] к проблемам плиты Гилберта и др.,[4][5][6] и к задачам 3D Хоксби и др.,[7] и Чжан.[8]

ДЛО против ФЭМ

В то время как с анализ методом конечных элементов (FEM), широко используемая альтернатива инженерный анализ Процедура, математические отношения формируются для лежащей в основе проблемы механики сплошной среды, DLO включает анализ потенциально гораздо более простой проблемы разрыва, при этом проблема ставится полностью в терминах отдельных разрывов, которые соединяют узлы, расположенные по всему рассматриваемому телу. Кроме того, когда программы конечных элементов общего назначения используются для анализа состояния обрушения, часто относительно сложно нелинейный требуются решатели, в отличие от более простых линейное программирование решатели обычно требуются в случае DLO.

По сравнению с нелинейным МКЭ, ДЛО имеет следующие преимущества и недостатки:

Преимущества

  • Состояние коллапса анализируется напрямую, без необходимости повторения. Это означает, что решения обычно можно получить гораздо быстрее.
  • Вывод в виде анимированных механизмов отказа обычно легче интерпретировать.
  • Проблемы, связанные с сингулярностями в полях напряжений или смещений, могут быть решены без труда.
  • Поскольку DLO намного проще, чем нелинейный FEM, пользователям требуется меньше обучения, чтобы эффективно использовать этот метод.

Недостатки

  • Как и в случае с другими предельный анализ техники, DLO не предоставляет информации о смещениях (или напряжениях) до обрушения.
  • DLO фундаментально основан на моделировании совместимый механизмы обрушения почвы и, следовательно, метод верхней границы. В результате метод всегда будет предсказывать неконсервативную нагрузку обрушения.
  • Хотя генерация разрыва макета и линейное программирование Схемы оптимизации, используемые в DLO, обычно гарантируют, что будет найдено хорошее приближение к истинному механизму обрушения, невозможно определить, насколько прогнозируемая нагрузка обрушения превысит истинную нагрузку обрушения без сравнения с независимым анализ нижней границы.
  • DLO - относительно новый метод, поэтому в настоящее время доступен лишь ограниченный набор программных инструментов.

Приложения

DLO, пожалуй, наиболее эффективно применяется для инженерных задач, где традиционные ручные вычисления затруднены или слишком упрощают задачу, но где обращение к более сложным нелинейным МКЭ не оправдано. Приложения включают:

Программное обеспечение, использующее оптимизацию компоновки разрывов

  • MATLAB скрипт (2009-) Предоставлено исследовательской группой CMD в Университете Шеффилда, Великобритания.
  • LimitState: GEO (2008-) Универсальное геотехническое программное обеспечение.
  • LimitState: SLAB (2015-) Программное обеспечение для анализа плит.

использованная литература

  1. ^ Гилберт, М. и Тяс, А. (2003) Оптимизация компоновки крупномасштабных шарнирных рам, Engineering Computations, Vol. 20, No. 8, pp. 1044-1064
  2. ^ Смит, К. и Гилберт, М. (2007) Применение оптимизации компоновки разрывов к плоским задачам пластичности, Proc. Королевское общество A, том 463, номер 2086, стр.2461-2484.
  3. ^ Гилберт, М., Смит, К.С. и Причард, Т.Дж. (2010) Анализ арки кладки с использованием оптимизации компоновки разрывов. ICE-Engineering and Computational Mechanics, Volume 163, pp.167-178.
  4. ^ Гилберт, М., Хе, Л., Смит, К.С. и Le, C.V. (2014) Автоматический анализ пределов текучести слябов с использованием оптимизации компоновки разрывов. Слушания Королевского общества A, том 470, бумага 20140071.
  5. ^ Хе, Л., Гилберт, М. и Шеперд, М. (2017) Автоматический анализ пределов текучести практических конфигураций плит путем оптимизации компоновки разрывов. Журнал структурной инженерии, DOI: 10.1061 / (ASCE) ST.1943-541X.0001700
  6. ^ Хе, Л. и Гилберт, М. (2016) Автоматическая рационализация шаблонов линий доходности, выявленных с помощью оптимизации разрыва непрерывности. Международный журнал твердых тел и структур, том 84, стр.27-39.
  7. ^ Хоксби, С., Смит, К.С. и Гилберт, М. (2013) Применение оптимизации компоновки разрывов к трехмерным задачам пластичности. Слушания Королевского общества A, том 469, бумага 20130009.
  8. ^ Чжан, Ю. (2017) Стратегия множественных срезов для оптимизации компоновки трехмерных разрывов (3D DLO). Международный журнал численных и аналитических методов в геомеханике, том 41, стр. 488-507.
  9. ^ Ли Ю.С., Смит К.С. и Cheuk C.Y. (2008) Несущая способность закладных фундаментов. На 2-й Международной конференции по фондам, ICOF 2008, Данди, стр. 961-972.

внешние ссылки

  • Учебные ресурсы ДЛО предоставлено Группой геотехнических исследований при Университете Шеффилда, Великобритания.