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淺談數值計算在工程設計中的應用

2013-11-21 10:50  來源:巖土網  閱讀:3337
近年來,隨著計算機技術及巖土工程數值計算理論的發展,數值計算在巖土工程中的應用越來越多。但同時,工程界似乎對數值模擬的態度似乎有往兩個極端發展的趨勢,一部分人認為數值模擬在工程設計中純粹是忽悠;而另有一部分人似乎想以數值模擬能解決所有巖土工程中的問題。筆者在此拋磚引玉,以本人的自身經歷來談談對數值模擬在巖土工程領域的一些看法。

近年來,隨著計算機技術及巖土工程數值計算理論的發展,數值計算在巖土工程中的應用越來越多。但同時,工程界似乎對數值模擬的態度似乎有往兩個極端發展的趨勢,一部分人認為數值模擬在工程設計中純粹是忽悠;而另有一部分人似乎想以數值模擬能解決所有巖土工程中的問題。筆者在此拋磚引玉,以本人的自身經歷來談談對數值模擬在巖土工程領域的一些看法。

對于認為數值模擬是忽悠的觀點,筆者認為,盡管數值計算有其自身的局限性,但其仍然是巖土工程設計一個相當有用的工具。由于土體本身本構關系的復雜性及巖土工程本身邊界條件難以確定、土體本身的不均勻性等問題,數值模擬要做到準確定量是相當困難的。但這不并意味著數值模擬在巖土工程設計中是沒有作用。以筆者所做的一個工程為例,地表開挖對已有地鐵隧道的影響程度,要求設計隧道保護方案。專家審查后建議對保護范圍進行修改,而數值模擬結果標準專家方案引起的隧道位移是原有方案的百分之一百五,因此最后維持了原有設計方案。而在工程實際中,這樣的例子還有很多。尤其是現在城市建設過程中,建構筑物的相互影響及保護是巖土工程設計中的一大難題,而通過有效的數值模擬工作能對方案比選工作提供有效幫助。

而對于第二種觀點,目前有很一部分設計人員想到的是,只要碰到了工程難點,就直接采用數值模擬算一把。但事實上,數值計算只是一種解決計算問題的方法,一個準確的數值模型的建立必須是在準確的物理模型的基礎上的。筆者在讀研期間,研究一開始就在不??紤]在數值模型中如何建模。當時導師批評我說,數值計算只是你解決問題的方法,在你物理模型未能完全摸透的情況下就去進行數值模擬不可能把這個問題摸透,而在物理模型確定之后,縱使在數值模型中不能把全部問題進行模擬,但總能通過一些簡化措施,把你想要抓住的主要問題模擬出來。而在我后面的研究中證明了他觀點的正確性。

上述只是本人關于數值模擬的一點不成熟的觀點,由于自身的局限性,不一定正確,在這里寫出來的主要想法是想聽聽巖土網的前輩、同仁等對這個問題的看法,希望大家不吝賜教。

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我有話說

全部評論(5)

  • lfxwll發表于 11月26日 09:10這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 事實就是這樣的,數值計算只是一種一種求解微分方程的方法。巖土重在概念模型和參數的準確獲取。也就是要將模型簡化到能盡量代表物理模型又能在目前的計算能力和計算方法條件下可求解。
liuyuantumu發表于11月26日 09:22

計算的準確性是建立在正確的模型以及準確的參數的基礎上的,如果沒有這兩個前提,得出的結果非但不一定可信,甚至有可能是違背基本規律的。

點評:
  • jiachao發表于 11月26日 09:08這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 很有啟發性,對于過去的一些錯誤認識起到了提示作用,很好。
點評:
  • wlqf發表于 11月25日 21:54這家伙很懶,沒有個性簽名!
  • 基本贊同。對巖土工程的一個實際問題,我認為目前理論計算(包括數值計算)的作用和經驗的作用可能是60%和40%的比例吧,有些復雜的工程問題,這個作用比例可能要倒過來。但總的發展趨勢應該是前者的作用越來越大,但后者的作用永遠也不會變成零。
liuyuantumu發表于11月26日 09:26

從某種程度來說,隨著巖土理論的發展,我們應該要逐漸提高理論分析在巖土工程設計中的比重。因為我們雖然說巖土工程是一門藝術,但畢竟巖土是自然界客觀存在的具體事務,只是我們目前對其的理解不夠而已。但在任何時候,經驗的作用都是不可缺少的,只是在不同的階段所占的比例不一樣而已。

點評:
  • zhjwei860302發表于 11月25日 16:16放寬心,樂觀活,謹慎行,努力學!不放棄,要自信,有希望,向前走!
  • 計算都是在盡可能的去接近真實狀態
liuyuantumu發表于11月26日 09:27

計算是應盡可能去接近真實狀態,但不能以此作為計算的前提,準確的簡化對做好數值計算也是十分重要的。

點評:
  • dchlin發表于 11月23日 22:51西力滑啦
  • 贊賞這些看法。有一點值得補充,當前許多工程設計計算雖按標準及規范行事,但也屬數值計算的范疇,因而可稱規范性數值計算,它們已經成為技術設計十分重要的組成部分。
liuyuantumu發表于11月26日 09:30

同意您的觀點,這也說明,我們的巖土工程學科一直在進步,嘿嘿。

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劉源

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