[发明专利]一种基于深度学习的土石坝材料本构模型构建方法

权利要求书

1.一种基于深度学习的土石坝材料本构模型构建方法,其特征在于,包含以下步骤:

(1)根据土石坝材料试件大小建立有限元模型，输入压缩试验得到的应力-应变曲线进行有限元计算,提取模型真实应力、应变及其增量数据，组成数据集；

(2)采用深度学习对数据集进行学习，输出深度学习模型参数；

(3)根据深度学习模型参数，编写材料本构子程序，构建基于深度学习与有限单元法的土石坝材料本构模型；

所述的步骤(1)包括以下步骤：

步骤1-1根据土石坝材料压缩试验，计算土石坝材料的真实应力和塑性应变得到应力-应变曲线，计算公式如下：

式中：σ_true为真实应力；ε_true为真实应变；ε_nom为工程应变；σ_nom为工程应力；ε_pl为塑性应变；ε_el为弹性应变；E为弹性模量；Δl为试样的长度变化量；l₀为试样的初始长度；l为试样的当前长度；F为荷载；A₀试样的初始界面面积；A为试样变形后的界面面积；

步骤1-2建立有限元模型，输入步骤1-1得到的应力-应变(σ_true～ε_pl)曲线进行有限元计算，其中模型底部和左侧施加固定约束，有限元模型施加的不同种荷载组合σ＝[σ₁,σ₃]，其中上部施加大小为的均布力，右侧施加的均布力，荷载组合如下式：

式中σ表示σ₁和σ₃的m×n种不同荷载组合；

步骤1-3根据有限元计算结果，提取有限元模型上部和右侧的反力和位移，并计算应力应变，计算公式如下：

ε_x＝ln(1+u_x/l_x)；

ε_y＝ln(1+u_y/l_y)；

ε_xy＝ln(1+u_xy/l_y)；

式中：ε_x为x方向的正应变；ε_y为y方向的正应变；ε_xy为xy方向的切应变；σ_x为x方向的正应力；σ_y为y方向的正应力；σ_xy为xy方向的切应力；u_x为x方向位移；u_y为x方向位移；u_xy为xy方向位移；l_x为x方向有限元模型的长度；l_y为y方向有限元模型的长度；RF_x为x方向反力；RF_y为y方向反力；

步骤1-4计算有限元模型应力增量Δσ和应变增量Δε，其计算方法如下：

Δσ＝σ_t-σ_t-1；

Δε＝ε_t-ε_t-1；

式中：σ_t和ε_t为当前分析步的有限元模型的应力和应变；σ_t-1和ε_t-1为上一分析步的有限元模型的应力和应变；

步骤1-5更新荷载组合σ₁和σ₃，重复步骤1-2至1-5，直到全部荷载计算完成；

步骤1-6组装和输出数据集，其数据集Datasets格式为：

Datasets＝[σ_x,σ_y,σ_xy,ε_x,ε_y,ε_xy,Δσ_x,Δσ_y,Δσ_xy,Δε_x,Δs_y,Δε_xy]。