[发明专利]基于遗传算法与多维动态时间规整的埋地悬空管道工况参数智能辨识方法

权利要求书

1.基于遗传算法与多维动态时间规整的埋地悬空管道工况参数智能辨识方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)估计实际工况参数的取值范围；

(2)将参数在其取值范围内进行离散，形成对应各离散值的多个模板工况，利用力学模型和遗传算法计算各模板工况下管道各横截面的轴向最大应变，形成模板数据库；

(3)监测实际工况中管道各监测截面的轴向最大应变，形成监测应变时间序列；

(4)利用多维动态时间规整算法，计算模板数据库和监测应变时间序列的相似度，通过比较相似度大小辨识实际工况参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(1)中的工况参数包括悬空中心位置d'，悬空宽度L的演变范围，管下地基土体抗力系数k；

其中，以监测点分布中心为坐标原点，以管道轴向为坐标轴x'时，悬空中心的坐标为d'，估计的悬空中心位置d'的取值范围为[d_min，d_max]，悬空宽度L的演变范围无需估计，估计的管下地基土体抗力系数k的取值范围[k₁，k_M]。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中的形成模板数据库，包括：

(1)将管下地基土体抗力系数k离散为k₁，k₂，…，k_M，对于各离散值，得到M个模板工况，分别记为S₁，S₂，…，S_M，其中，M为模板工况个数；

(2)模板数据库里的时间因素通过逐步增加的悬空宽度L来体现，对于各模板工况，按固定的增量步增大悬空宽度L，直至管道最大的轴向拉应力大于管道的屈服强度；对于此过程中的每一悬空宽度，利用力学模型和遗传算法计算管道各横截面的轴向最大应变，最终得到各模板工况所有悬空宽度下的管道各横截面的轴向最大应变，即形成模板数据库。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中，按固定的增量步增大悬空宽度过程中，埋地悬空管道的力学模型将从弹性模型转变为塑性模型；弹性模型表示整个管道的管土之间均处于弹性相互作用；塑性模型表示其中一段管道和地基土之间处于弹性相互作用，另一段管道和地基土之间处于塑性相互作用；管土相互作用采用理想弹塑性本构关系，通过比较悬空边界处的管道挠度ω₀与管土相互作用弹塑性临界位移ω_c的大小来确定模型类别，若ω₀≤ω_c，则是弹性模型，若ω₀＞ω_c，则是塑性模型；

根据管道挠曲微分方程求得两种力学模型下管道各段的挠度通解表达式，结合管道的边连条件、临界条件和伸长量条件，得到相应的待求方程组，

两种力学模型关于悬空中心对称，取模型右半部分为研究对象，悬空段为第一段，塑性段为第二段(弹性模型没有此段)，弹性段为第三段，

对于弹性模型，管道各段的挠曲微分方程、挠度通解和定解条件为：

当0≤x≤L/2时，管道第一段挠曲微分方程为：

EIω″″₁-Tω″₁＝q (1)

挠度通解为：

当L/2≤x≤∞时，管道第三段挠曲微分方程为：

EIω″″₃+kω₃＝q (3)

挠度通解为：

管道的定解条件为：

边连条件：

伸长量条件：

记作：

对于塑性模型，管道各段的挠曲微分方程、挠度通解和定解条件为：

当0≤x≤L/2时，管道第一段挠曲微分方程为：

EIω″″₁-Tω″₁＝q (9)

挠度通解为：

当L/2≤x≤Δ时，管道第二段挠曲微分方程为：

EIω″″₂-Tω″₂＝q-p_c (11)

挠度通解为：

当Δ≤x≤∞时，管道第三段挠曲微分方程为：

EIω″″₃+kω₃＝q (13)

挠度通解为：

管道的定解条件为：

边连条件：

临界条件和伸长量条件：

记作：

对于弹性模型和塑性模型，ω₁，ω₂，ω₃分别表示管道第一、二、三段的挠度，ω′₁，ω″₁,ω″′₁,ω″″₁为第一段管道挠度的一阶、二阶、三阶、四阶导数,ω′₂，ω″₂,ω″′₂,ω″″₂为第二段管道挠度的一阶、二阶、三阶、四阶导数,ω′₃，ω″₃,ω″′₃,ω″″₃为第三段管道挠度的一阶、二阶、三阶、四阶导数；q为上覆土体和管道自重的均布荷载，k为管下地基土体抗力系数，p_c为地基土体最大分布抗力，大小为k×0.015(H+D)，其中管土相互作用弹塑性临界位移为ω_c＝0.015(H+D)，L为悬空宽度，Δ为塑性区半宽度，T为管道轴力，f为管道与土体之间的均布摩擦力，E为管道弹性模量，H为上覆土体厚度，D为管道的外径，A为管道横截面积，I为管道横截面的惯性矩；

α，β计算公式如下

另外，c₁、c₂、c₃、c₄、c₅、c₆、c₇、c₈、c₉、c₁₀、c₁₁、c₁₂为待定常数；

将挠度通解代入边连条件、临界条件和伸长量条件，即得到关于塑性区半宽度Δ、管道轴力T以及c₁～c₁₂的非线性方程组。