联合应用COMSOL和MATLAB进行参数反分析研究课件.pptVIP

联合应用COMSOL和MATLAB进行参数反分析研究 李仁民 东南大学岩土工程研究所 电话：1305186902 Email Comsol 2009 问题的提出 参数反分析模型 实例验证 小结 主要内容 参数反分析 试验数据反算参数 现场监测数据反算参数 优化设计 单参数 多参数问题 问题的提出 现有的参数反分析方法 采用有限元分析目标函数，例如Ansys，进行大量的正分析计算，(xi,yi) BP神经网络拟合--y=f(x) Matlab求解最优化问题 基于神经网络与有限元算法的储层地应力场研究,王成俊,2008 水电站调压井围岩参数反分析及开挖稳定性仿真分析-硕士论文 基于BP网络的采矿巷道围岩力学参数反分析，姚颖康、周传波，武汉地大，2007 渗流反分析中交替迭代算法神经网络研究，2004，刘先珊，武大 参数灵敏度分析的有限元-神经网络混合法--赵启林、吉林, 土木工程学报 问题的提出 污染离子在垫层中的运移问题。 问题的过程背景 问题的提出 宏观PNP多离子运移模型 传统离子运移模型（Fick定律） 参数多个： 参数1个： 控制方程 问题的提出 初始条件(非稳态问题) 边界条件 给定边界上各点的电位 给定固相颗粒表面电荷密度 给定边界上各点的浓度或流量 问题的提出 NaCl 纯水 源溶液 滤出液 土样 扩散试验示意图 测试试验过程中源溶液和滤出液离子浓度 试验结束后测试土样中离子浓度 问题的提出 源溶液Cl-浓度 试样中Cl-浓度 如何根据试验结果确定宏观运移参数： 问题的提出 参数反分析数学模型 目标函数 约束条件 分别为第i离子的有效扩散系数和有效电荷密度 难点：（1）目标函数求解 （2）最优化求解问题 参数反分析模型 参数反分析模型 有约束的非线性最优化求解 SQP 的基本思想是在每次迭代中用拟牛顿法来近似 Lagrangian 函数的Hessian矩阵，将约束化问题（Constrain Question ）转化为求解一系列的二次规划问题，也就是每次迭代步骤中解决一个二次规划子问题，求该SQP问题的解。 x0=[0.5;0.5];xm=[0.01;0.01];xM=[1;1]; A=[];B=[];Aeq=[];Beq=[]; [x,f_opt,c,d]=fmincon(PNP,x0,A,B,Aeq,Beq,xm,xM,cffun,ff); Comsol with Matlab 参数反分析模型 function wcfun=PNP(x) DD1=2.032E-9*x(1); DD2=1.334E-9*x(2); DD3=1.957E-9*x(3); 。。。。。。。 % wcfun=计算值-实测值 COMSOL Multiphysics Model M-file 目标函数：采用Comsol Multiphysics 多物理场耦合分析软件求解。该软件可以使用图形用户界面创建复杂的模型，并将之直接存储为M-file脚本文件，通过其二次开发工具COMSOL Script或者Matlab可以编辑、扩展以及执行这些M-file脚本文件。 参数反分析模型 根据Comsol几何建模，另存为.m文件 参数反分析模型 % COMSOL Multiphysics Model M-file function y=PNP(x) %x-为输入参数 DD1=2.032E-9*x(1); %参数1 DD2=1.334E-9*x(2); %参数2 DD3=1.957E-9*x(3); %参数3 % Constants -定义常数 fem.const = {F,96500, ... D1,DD1, ... D2,DD2, ... D3,DD3, ... neff,1}; 。。。。。。。 xxt=0.01:0.01:0.04; %测点对应的x坐标 c1test =[48,40,35,25]; %实测值 c1js=postinterp(fem,c1,xxt); %后处理--取计算值 y=sqrt(sum((c1js-c1test).^2)); % y-目标函数 编辑.m文件 参数反分析模型 氯化钠盐溶液在土样中的扩散问题，试样长度0.10m，左边源溶液中氯离子、钠离子浓度在试验过程中保持不变。初始t=0时，试样中浓度为零，右边浓度取对称边界；左右两边电势、试样中初始电势均取零。 实例验证 反分析模型 分布步骤 先以给定的宏观运移参数计算获得的浓度值作为正解； 将计算所得的测点浓作为观测值，进行宏观运移参数的反分析。 模型验证 实测浓度和反算浓度对比表（算例1，100h） 参数反分析模型及结果 模型验证 三个及以下参数采用有约束的非线性最优化求解，收敛