既有线路基动力计算参数的双参数蚁群算法识别研究

来源 :同济大学交通运输工程学院 同济大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:nishiwangba
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路基动力计算参数(动剪切模量、动阻尼比)是既有线提速后路基技术条件评价的主要决定性因素,而目前还没有方法能够直接得到,本文以既有线路基的动力响应为研究对象,路基动力计算参数的识别为研究目标,采用理论分析、动三轴试验、动力有限元和蚁群算法相结合的方法,对路基基床动力计算参数的识别方法进行了研究,主要研究工作如下: 通过对既有线提速后路基的病害现象、致害的动力因素、动力特征的研究方法和当前既有线路基技术条件的评价方法进行了统计分析,为下一步开展动三轴试验、动力有限元研究既有线路基的动力响应问题提供了理论支持。 通过对既有线沪宁线路基基床底层填料进行了动三轴试验,利用动三轴试验的动力响应骨干曲线得到了以短期变形即小变形的前提下,路基基床土的动力计算参数动剪切模量比G/Gmax和阻尼比D随动剪应变γ变化的曲线关系;从长期变形即大变形的角度,运用Chai和Miura提出的修正指数模型,得到适合于沪宁线基床土、客车运行速度200km/h的既有线路基基床土的累积塑性应变公式。同时针对动三轴试验的动荷载模式难于确定,以基床土的累积塑性应变为目标函数,提出了动三轴试验中列车荷载与正规化的正弦荷载之间的荷载模式等效系数概念,并用能量法进行了验证。 通过调研分析,选取既有线沪宁线3m路基高度的典型断面,路基基床土体视为等效线性模型,建立了双线路基的动力有限元平面应变模型。通过对动剪切模量与动阻尼比的随机组合121种工况数值计算,得到了不同动力计算参数组合下的基床平均动偏应力、路基最大动弹性变形值数据库。通过构造三次多项式曲面方程进行非线性拟合的方法,分别得到基床平均动偏应力和路基最大动弹性变形与基床动力计算参数之间的函数关系式,并结合动三轴试验结果,得到了既有线路基的总变形与基床动力计算参数动剪切模量、动阻尼比的函数关系式。 通过对基本蚁群算法的机制原理、实现过程和算法的基本结构进行梳理分析,针对既有线路基的总变形是动力计算参数的耦合函数,解空间是连续域问题,同时动力计算参数的识别又是一个组合优化的问题,因此定义了这种双变量交叉影响的连续域组合优化蚁群算法,同时从实际问题的特点出发构建了这种新算法的数学模型,引入了残留信息素数量限制、信息素的持久性系数自适应控制、全局更新规则三个影响因子对算法进行了加强设计,从而提高算法的全局收敛性和收敛速度,总结了这个算法的实现步骤,并利用FORTRAN进行了编程设计,实现了算法的可行性。 针对蚂蚁数量、算法收敛标准、最小信息素持久性系数、循环次数和信息素强度常量是影响这个求解连续域空间算法的全局收敛性和求解效率的参数,进行了大量的数字仿真实验对此蚁群算法中主要参数的优化设置问题进行研究,提出适合本算法的最优组合参数,同时对既有线路基基床的动力计算参数进行寻优,得到最优解组合,效果较好。同时选用五个区段断面对这种参数识别方法进行了验证,理论计算结果与实测数据吻合较好,表明了算法的有效性。
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