数值模拟能在多大程度上符合现实情况 [复制链接]

    这是我们群里面一个会员在回复我的帖子——如何解决目前岩土工程面临的三大“瓶颈”里面的提问，对于他的问题我在帖子里面也有详细的说明，对于这个我认为有必要拿出来和大家一起讨论一下，感谢会员雨天一身泥，提出的这个问题。
    欢迎大家来讨论这个为问题，数值模拟在工程中的应用，是否符合工程实际。
    目前数值模拟计算，在我们建立模型进行计算之后，很多时候发现不是自己想要的结果，要经过反复的试算，不断的调整参数，直到达到自己想要的结果。
    首先我们假设：在进行数值模拟计算的时候，建模是正确的，计算过程是正确的，是什么因素导致了计算结果的偏差甚至是错误？如何解决这些问题？数值模拟计算距离我们工程实际应用到底还有多远？

数值模拟的理论基础是非常严谨的，但大家往往关心计算结果。影响计算结果的因素不外乎模型和参数的选取。任何时候，它仅是一种方法。采用多种分析方法相互印证是比较科学的。位移反分析就是一个典型例子。

你好，我是数学系的学生，对数值模拟还是一点研究，我可以告诉你。数值模拟本书计算是没有问题的，偏差只是由于我们取得参数不同。我接触岩土时间不久，但是我发现，基本每一个公式里面都有参数，这些参数都是由特定的条件下取值的，随着实验数据的不同，和经验不同，我们取得参数不一样。所以，数值模拟得到的结果只能给你一个参考。

除非你模拟错误了，要不然应该不会错误的
只是有一定的差别
毕竟数值模拟只是用定量的软件来定性反映现实

说得好，我以后就想做这方面的内容

引用福州大学一个老师对土工数值模拟的体会：

结合平时看到的现象，有几点比较深的体会：

1、对工程实际要有所了解；对相关行业规范要比较熟悉，比如对一些计算方法、荷载与参数取值的规定要熟悉；

2、在理论与实践两者的关系中，理论是基础，实践是建立在理论上的实践。来自企业一线的专家对相关行业规范很熟悉，对相关工程实际很熟悉，表现得更象专家，能提出有益的意见。反之，恰恰是不少高校教师不仅缺乏实践，更缺少理论基础。分不清软土有效应力指标和总应力指标的定义大有人在，更分不清总应力（不排水）分析和有效应力（排水）分析。“二维被动桩分析中，桩结构是用梁单元离散好还是实体单元离散好？”一文就是对此有感而成文的。

3、甚至于发表过不少岩土有限元数值分析文章的教授们，对于M-C、D-P之类模型的不足一无所知；言必称某某软件，可对于某某软件除了理想弹塑性本构模型外有哪些适合于软土的本构模型一无所知。应当指出：会土工有限元软件操作和“计算”并不等于会土工有限元数值分析。

4、而对数值分析不屑一顾的一线人员，当其经验起不了作用时，或对于复杂问题却也无解决之法，这时候却期望数值分析能包办一切，世上没有万能的工具。
5、物理几何概念不清楚的，就容易否定二维分析的简化、便捷与准确；甚至于对于工程实际问题，用轴对称分析，还是用二维分析还是三维分析为好都把握不准确。本质是三维问题的土工结构用三维数值分析的效果和准确性未必比二维分析好。

6、深入地掌握与领会土力学相关基本理论，是提高土工问题的分析能力的最基本途径。具备有限元程序编制的经验同样也是有益的。

我个人觉得那位老师说得太好了，点到了问题的关键。

数值模型只能替代你的计算过程。其它的就完全靠你自己了。

建模是正确的，计算过程是正确的，是什么因素导致了计算结果的偏差甚至是错误
没什么矛盾啊

其实本构模型中间参数的选择影响更大，尤其是实验方法、标准。这是目前本构理论中比较薄弱的环节。土本身就是散粒体，采用连续介质理论，肯定会遇到解释不了的现象；而颗粒流这一基于土体散粒体特性的研究思路在计算量、模型方面局限还很大。从其他学科发展发展趋势来看，应该是从理论-实验-模拟的道路，岩土工程理论实验还有待更大提高。

再来几句，最近复习到复合桩基理论。结构设计假定基础没有不均匀沉降，假如基础设计能够采用数学优化方法，使得基础地板不均匀沉降这一目标函数最小，那样做出来的建筑就不会出现不均匀沉降引起的结构裂缝。但这一过程需要对场地地质条件有足够的了解，需要做的勘查工作那将是多几个几何量级。
现代各学科发展都有数学化这一趋势，理工科不必说，心理学之类的专业也是广泛用到统计原理，说白了，一个人的学术前景有多远，主要还是看他的数学基础。

单纯数学计算，肯定是数值模拟的精度高。但是参数不确定性很有可能超过了数值模拟提高的计算精度，那么就没有必要耗费更多时间进行数值模拟。
但是数值模拟本身是数学发展到现在的一个重大成果，只能说土建行业本身的层次比较低。倘若使我们在造航天飞机，就必须采用数值模拟这一强大的数学工具，来解决大量的偏微分方程求解问题。但在工程中，很少有人采用大变形固结理论计算建筑物工后沉降。

引用楼主luguihai于2010-06-30 11:06发表的 数值模拟能在多大程度上符合现实情况 :
    这是我们群里面一个会员在回复我的帖子——如何解决目前岩土工程面临的三大“瓶颈”里面的提问，对于他的问题我在帖子里面也有详细的说明，对于这个我认为有必要拿出来和大家一起讨论一下，感谢会员雨天一身泥，提出的这个问题。
    欢迎大家来讨论这个为问题，数值模拟在工程中的应用，是否符合工程实际。
    目前数值模拟计算，在我们建立模型进行计算之后，很多时候发现不是自己想要的结果，要经过反复的试算，不断的调整参数，直到达到自己想要的结果。
    首先我们假设：在进行数值模拟计算的时候，建模是正确的，计算过程是正确的，是什么因素导致了计算结果的偏差甚至是错误？如何解决这些问题？数值模拟计算距离我们工程实际应用到底还有多远？

首先，数值计算方法毫无疑问在数学上是严谨的。
但是工程师在分析具体一个问题时，必须将工程实际中的物理模型转化为数学模型，然后计算计算。
在两个过程中会产生偏差或者说误差，一个是工程师将具体的问题简化为相应的物理模型过程中。不同的工程师对同一个工程现象的看法不同，评判的角度不同，或者不同工程师的理解能力也不同。
第二个是物理模量转化为力学模型的过程中。比如，如何采用本构模型描述土体的应力应变强度关系。目前世界上没有一个模型能够模拟所有的岩土体力学性状。必须根据工程特点、土的特性等加以选择模型以及确定土体的参数。这又牵涉到人的认识问题。我们不得不承认，我们队土的认识还是很不够的。因此在这个过程中也容易产生误差或者偏差。
古语有云，差之毫厘失之千里，我们做数值分析的，已经在另个关键环节上有偏差了，那么分析结果就可想而知了。
所以工程师必须以批判的态度看待数值分析，无用论和迷信数值分析都不可取。发挥工程师的主观能动性，加深对土体本质的认识，不断提高工程素养，才能将数值分析工具为我所用。