• Nie Znaleziono Wyników

Dyskusja braku iteracji przy wyznaczaniu macierzy kowariancji

8. Analizy numeryczne

8.5. Dyskusja braku iteracji przy wyznaczaniu macierzy kowariancji

dla każdej symulacji) Spoisty (tab. 8.1) Spoisty (tab. 8.1) 0.25 0.25 = 400 = 400 1.25 = 600 = 600 2.50 = 700 = 700 7.50 = 850 = 850 0.5 0.50 = 500 = 500 2.50 = 1000 = 1000 5.00 = 1000 = 1000 15.00 = 1000 = 1000 0.75 0.75 = 800 = 800 3.75 = 1200 = 1200 7.50 = 1500 = 1500 22.50 = 1500 = 1500

8.5. Dyskusja braku iteracji przy wyznaczaniu macierzy

kowariancji

Kwestie dotyczące dokładności i efektywności algorytmu rozwijanego w ramach niniejszej rozprawy zostały poruszone we wcześniejszych rozdziałach. Przed przedstawieniem wyników analiz i omówieniem otrzymanych rezultatów należy rozważyć dodatkowe zagadnienie wpływające na dokładność obliczeń. Mianowicie, w rozdziale 5 domyślnie założono brak iteracyjnego wyznaczania postaci macierzy kowariancji; otrzymywano ją dla geometrii zniszczenia ustalonej na podstawie wyjściowych charakterystyk probabilistycznych podłoża (Krok 1 i 2, rozdział 5). Założenie braku iteracji może mieć wpływ na uzyskiwane wyniki; aby ocenić wielkość tego wpływu na otrzymane wartości średnie i odchylenia standardowe nośności podłoża, zaproponowano modyfikację metodyki przedstawionej w rozdziale 5 umożliwiającą iteracyjne wyznaczenie postaci macierzy kowariancji. Na rysunku 8.3 w czarnych ramkach przedstawiono poszczególne kroki zgodne z metodyką przedstawioną w rozdziale 5, natomiast w czerwonych ramkach ujęto dodatkowe kroki, które pozwalają na iteracyjne wyznaczenie postaci macierzy kowariancji.

150

Rysunek 8.3. Metodyka pozwalająca na iteracyjne wyznaczenie macierzy kowariancji. Szczegółowy opis w tekście.

Na podstawie metodyki z rysunku 8.3 przeprowadzono dodatkowe analizy, polegające na iteracyjnym wyznaczeniu postaci macierzy kowariancji. Procedura rozpoczyna się identycznie jak algorytm opisany w rozdziale 5 z tą różnicą, że macierz kowariancji była aktualizowana cztery razy (liczba powtórzeń j = 3), a nie jeden raz, jak przyjęto w rozdziale 5. Po ustaleniu pierwszej postaci macierzy kowariancji, uśrednieniu parametrów podłoża (Krok 3), a następnie wyznaczeniu optymalnej geometrii zniszczenia i odpowiadającej jej nośności podłoża (Krok 4), macierz kowariancji wyznacza się ponownie, tym razem dla nowej geometrii (Krok 5). W ten sposób otrzymuje się drugą macierz kowariancji, na podstawie której wyznacza się nowe

151

wartości parametrów podłoża. Następnie wyznacza się optymalną geometrię zniszczenia i odpowiadającą jej nośność podłoża (Krok 6). Kroki 5 i 6 powtarzano trzy razy. W rezultacie otrzymuje się cztery wartości nośności podłoża dla tego samego przypadku (identyczne parametry wyjściowe z Kroku 1). Całą procedurę zawartą na rysunku 8.3 powtarza się N razy. Poniżej przedstawiono wyniki dla przeprowadzonych analiz; otrzymano je dla przypadku podłoża spoistego, b = 1.0 m i przy założeniu następujących wartości skal fluktuacji: 3 = 0.25 m oraz 5 = 0.25 m; 3 = 0.25 m oraz 5 = 7.50 m; 3 = 0.50 m oraz 5 = 0.50 m; 3 = 0.50 m oraz 5 = 15.00 m; 3 = 0.75 m oraz 5 = 0.75 m; 3 = 0.75 m oraz 5 = 22.50 m.

Rysunek 8.4. Wybrane 10 realizacji spośród 1000 przeprowadzonych dla symetrycznego mechanizmu 6-blokowego; podłoże spoiste, b = 1.0 m; na osi poziomej zaznaczono numer iteracji, dla którego wyznaczona jest odpowiadająca nośność podłoża. Uwaga: oś pionowa rozpoczyna się od 375 kN/m.

Na rysunku 8.4 przedstawiono 10 wybranych wartości nośności otrzymanych w kolejnych krokach iteracyjnych(przykład dotyczy 3 = 0.50 m oraz 5 = 15.00 m). Na podstawie rysunku można zaobserwować, że nośność podłoża dla pojedynczych realizacji nie zmienia się w szerokim zakresie, a różnice między trzecią a czwartą iteracją praktycznie nie występują. W związku z tym, z punktu widzenia otrzymania pojedynczej wartości nośności wykonanie trzeciej iteracji jest wystarczające, aby zachodziła stabilizacja pojedynczych wartości średnich. Rysunek 8.5 prezentuje zachowanie się wartości średnich nośności podłoża (dla każdego zagadnienia przeprowadzono N = 1000 symulacji). W przypadku wartości średnich nośności obserwuje się ich wzrost między pierwszą a drugą iteracją postaci macierzy kowariancji i stabilizację dla trzeciej i czwartej iteracji. Wzrost między pierwszą a drugą iteracją wynosi przeciętnie ok. 1%. Niemniej

152

jednak, dla przypadku izotropowego ( 3 = 0.25 m oraz 5 = 0.25 m) otrzymane wartości średnie są praktycznie takie same. Na kolejnym rysunku (rys. 8.6) przedstawiono zachowanie się wartości odchyleń standardowych nośności podłoża; w ogólności wartości te rosną dla kolejnych iteracji. W przypadku pionowych skal fluktuacji wynoszących 0.25 m odchylenia standardowe nośności podłoża pozostają na takim samym poziomie, a większe różnice obserwuje się przy założeniu 3 = 0.50 m i

3 = 0.75 m (maksymalnie 3%, z jednym wyjątkiem, którym jest przypadek izotropowy dla 3 = 0.75 m, gdzie różnica między pierwszą a czwartą iteracją wynosi ok. 8%).

Rysunek 8.5. Wartości średnie nośności podłoża dla kolejnych iteracji postaci macierzy kowariancji. Linią przerywaną zaznaczono przypadek anizotropowy ( 5 = 30 3), linią ciągłą przypadek izotropowy

153 Rysunek 8.6. Odchylenia standardowe nośności podłoża dla kolejnych iteracji postaci macierzy kowariancji. Linią przerywaną zaznaczono przypadek anizotropowy ( 5 = 30 3), linią ciągłą przypadek

izotropowy ( 5 = 3). Opis w tekście.

Analogiczne obliczenia jak przedstawione na rysunkach 8.5 i 8.6 przeprowadzono przy założeniu podłoża idealnie spoistego. Otrzymane w ten sposób rezultaty wskazują na bardzo podobne zachowanie się wartości średnich i odchyleń standardowych nośności (dla kolejnych iteracji) jak w przypadku podłoża typu c – . Co więcej, podobnie jak we wcześniejszych analizach, największe różnice zaobserwowano w przypadku izotropowym ( 5 = 3 = 0.75 m). Powyższe analizy są próbą oceny wpływu założenia jednokrotnej lub wielokrotnej iteracji macierzy kowariancji na wartości średnie i odchylenia standardowe nośności podłoża otrzymane poprzez zastosowanie metodyki zaproponowanej w rozprawie. Na podstawie przeprowadzonych analiz pokazano, że wykonanie obliczeń w oparciu o jednokrotne wyznaczenie postaci macierzy kowariancji prowadzi do zmniejszenia wartości średnich o ok. 1% oraz zmniejszenia wartości odchyleń standardowych średnio o ok. 2% (względem kolejnych iteracji). W jednym przypadku (tj. podłoże izotropowe 5 = 3 = 0.75 m) zaobserwowano większe różnice. Na podstawie powyższych analiz można stwierdzić, że przyjęcie dwukrotnej iteracji postaci macierzy kowariancji niweluje większą część wspomnianych wyżej wpływów. Pomimo tego, w związku z ograniczonym wpływem omawianego zagadnienia na otrzymane wartości średnie i odchylenia standardowe nośności podłoża, wszystkie obliczenia zaprezentowane w dalszej części rozprawy oparto na jednokrotnym wyznaczeniu postaci macierzy kowariancji. Decyzję tę uzasadnia się znacznie większym wpływem niepewności w wyznaczaniu wartości skal fluktuacji (na ocenę losowej

154

nośności podłoża) w porównaniu z wpływem ilości iteracji przy wyznaczaniu macierzy kowariancji. Niemniej jednak rezultaty powyższych analiz wskazują, że poprzez wykonanie podwójnej iteracji postaci macierzy kowariancji, efekt wpływu omawianego zagadnienia może zostać praktycznie wyeliminowany.