混凝土热学参数反演在ABAQUS中实现
许军才，沈振中
河海大学水利水电学院，南京　210098
摘要： ABAQUS软件平台具有良好的扩展性，本文基于该平台应用python语言与ABAQUS子
程序，对混凝土热学反演计算程序进行二次开发。其中，正演过程中包括子程序有FILM，
HETVAL，UEXTERNALDB，通过这三个子程序的扩展实现正演计算；反演计算中应
用python语言开发微粒群反演算法。算例表明,该程序可用于混凝土反演分析, 分析结果和实验
较为吻合.
关键词：仿真计算; 热力学参数; 反演
 0 引言
混凝土结构在施工期温度应力通常是引起混凝土结构的主要原因[1]，这需要分析混凝土
的温度场与应力场, 使得混凝土温度特性参数的正确试验和选取成为温度问题计算的关键之
一。由于绝热温升的获得是通过专用的绝热温升仪进行试验, 需要花费大量人力物力, 并且试
验时的混凝土试样绝热温度较高与工地现场不符, 而混凝土的水化反应的温升规律与混凝土
基金项目： 国家自然科学基金(51079045)
作者简介： 许军才（1980-），男，工程师，博士研究生，主要研究方向：主要从事混凝土结构工程温控防裂研究。通信作者：
沈振中（1968-），男，教授，博士生导师，主要研究方向：结构和地基的强度和稳定性分析及渗流分析、控制与优化。
 的自身温度密切相关, 造成测得的温升参数及温升规律不能真正反映工程的实际情况, 给工程
计算带来误差。在这种情形下采用反演分析识别温度特性参数是一种行之有效的方法。在很
多文献中，例如模拟退火、遗传算法、差分进化算法、微粒群算法等方法对参数反演计算都
有过介绍[2, 3, 4]。近年来，ABAQUS软件以其卓越的计算性能和强大的扩展性，在有限元计
算中得到了的广泛使用，使得ABAQUS仿真技术在大体积混凝土温控中开发利用成为可能。
如何利用ABAQUS反演出混凝土热学参数是急迫解决的问题。ABAQUS为二次开发用户提供
了Python 语言接口。ABAQUS 有限元程序通过集成Python 脚本向二次开发用户提供了丰富
的库函数。直接操纵ABAQUS内核, 实现建模、划分网格、指定材料属性、提交作业、后处理
分析等功能[5]。本文详细介绍了在ABAQUS 中用Python 脚本与ABAQUS子函数进行二次开
发对混凝土温度特性参数反演。
1 基本理论
1.1 非稳定温度场计算
在计算域R内任何一点处, 不稳定温度场T (x; y; z; t)须满足热传导连续方程:
@T
@t
= a

@2T
@x2 +
@2T
@y2 +
@2T
@z2

+
@
@
(1)
式中: T为混凝土温度(C), a为导温系数m2=h, 为绝热温升(C), 为龄期(d), t为时间(d). 利
用变分原理把微分控制方程(1)定解条件下的解转化成泛函的极值问题, 由泛函的极值条件可得
温度场求解[6].
1.2 微粒群算法
算法首先初始化一群随机粒子，然后通过迭代找到最优解。在每一次迭代中,粒子通过跟
踪两个"极值"来更新自己：个体极值和全局极值.粒子根据上述两个极值更新自己的速度与位
置[7]。微粒群算法的进化方程就可以描述为：
vij (t + 1) = !vij (t) + c1r1 (bij (t)
学术论文网Tag：代写代发论文 职称论文发表 代写建筑论文 建筑论文发表