Abstract:
大跨桥梁数字化防灾是提升城市交通系统防灾水平的重要途径,但已有研究多依赖于商业软件平台,一定程度上限制了研究的深入开展,本文基于开源结构分析软件OpenSees和计算编程语言Python,开发了适用于复杂结构模型更新的开源并行计算框架。以苏通大桥振动台试验为研究对象,首先,基于OpenSees建立其精细化数值模型(9896个节点,15558个单元);随后,通过修改Python平台的scikit-opt调用函数库multiprocessing,实现多种全局优化算法的并行化;编写了其与模型更新程序的软件接口,最终实现了快速线性模型更新。在模型更新程序里,采用模态置信准则(Modal Assurance Criterion,MAC)匹配有限元模型和振动台试验识别获得的模态振型和频率数据,构建模型更新所需的优化函数。为表征结构实际的损伤差异,进一步划分主塔混凝土的弹性模量、连接刚度、主梁厚度和主梁钢材弹性模量为11个更新参数。在内存64G的单机计算平台,调用18个CPU(第12代Intel?Core~(TM)i9-12900K@3.19GHz),采用粒子群优化算法(Swarm size=90,迭代27次),基于上述开源并行计算框架,开展了苏通大桥缩尺结构有限元模型的线性模型更新。计算结果表明,基于本文提出的开源并行模型更新框架,可以有效校正复杂大跨度斜拉桥的高精度有限元模型,匹配实测获得的结构模态数据,计算振型频率与实测结果误差在1%左右,同时,模型更新耗时约为17h18min,相较于单线程处理所耗费的283h30min,提升了约16倍。在此基础上,进一步计算更新前后的数值模型在PGA=0.1g地震动作用下的动力时程响应,与试验数据对比验证了更新后模型的准确性。本文研究成果可以为基于开源计算平台开展复杂结构有限元模型更新,建立其高保真数字孪生并开展后续研究奠定基础。
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Year: 2023
Language: Chinese
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