[发明专利]一种快速确定岩石类脆性材料离散元模型参数的方法

摘要

本发明公开一种快速确定岩石类脆性材料离散元模型参数的方法。该方法结合石灰岩材料的压缩实验，建立与实验相对应的离散元模型，将模型参数确定问题转化为优化问题，以实验测试响应和离散元数值计算响应之间的最小误差作为目标函数，采用近似模型代替真实的物理模型，利用基于全局优化的智能算法进行反求计算，快速获取了一组最优的石灰岩材料离散元模型参数。本发明基于少数物理实验数据快速确定材料离散元模型参数，有效提高参数确定的计算效率和计算精度，能够快速有效确定传统方法难以确定的模型参数，提高了离散元数字模型的精度，有利于离散元方法在脆性材料性能研究的应用拓展，具有良好的实用价值。

主权项

1.一种快速确定岩石类脆性材料离散元模型参数的方法，用于确定BPM模型中参数σ_c，E_c和σ_c表示黏结法向强度，E_c表示颗粒接触模量，表示颗粒法向与切向刚度比；其特征在于其特征在于，包括以下步骤：步骤1：利用万能材料实验装置，分别对上表面与水平面夹角α为0°和1°的石灰岩试样进行准静态单轴压缩实验5次，并通过传感器、位移控制采集系统及数据处理装置获得石灰岩试样的应力应变数据；步骤2：通过离散元方法建立与步骤1中水平面夹角α为0°的试样准静态单轴压缩实验相对应的材料离散元数值模型，其中采用BPM模型描述岩石类脆性材料的力学行为；步骤3：基于步骤2所建立的材料离散元数值模型，对α＝0°的石灰岩材料在准静态单轴压缩工况下开展材料测量应力应变响应关于材料BPM模型参数σ_c、E_c和的敏感性分析；步骤4：基于步骤3所得的敏感性分析结果确定待识别的模型参数，并确定模型参数的取值范围；步骤5：利用拉丁超立方试验方法并结合步骤4中所确定参数取值范围进行样本点采样，基于样本点采用支持向量机方法构建近似模型；步骤6：构建目标函数，将利用步骤2数值求解得到的计算响应与步骤1实验测量响应相对比，根据实际问题及其解的要求建立求解模型，即目标函数；步骤7：为获取步骤6中所建立目标函数的最小值，选择蚁群算法作为优化方法进行求解，求解时调用步骤5中所建立的近似模型；步骤8：判断反求目标函数值是否大于目标函数的阈值ξ，如果大于目标函数的阈值ξ，则转入步骤9，如果不大于目标函数的阈值ξ，则转入步骤10；步骤9：在σ_c、E_c和取值范围内增加新的样本点，然后转入步骤5；步骤10：此时BPM模型参数σ_c、E_c和的值作为石灰岩材料离散元模型参数的最佳取值输出；步骤11：将步骤10得到的BPM模型参数σ_c、E_c和的值应用于1°石灰岩试样单轴压缩离散元模拟中，对比模拟出的应力应变曲线结果与步骤1所得的实验结果，进行验证。