您的位置：山东大学 -> 科技期刊社 -> 《山东大学学报（工学版）》

山东大学学报 (工学版) ›› 2021, Vol. 51 ›› Issue (5): 1-7.doi: 10.6040/j.issn.1672-3961.0.2021.153

•   •    下一篇

基于遗传算法的道路安定极限优化求解方法

宋修广1(),张营超1,庄培芝1,*(),杨鹤1,张海凤1,2,王娟3   

  1. 1. 山东大学齐鲁交通学院, 山东 济南 250002
    2. 鲁南高速铁路有限公司, 山东 济南 250102
    3. 宁波诺丁汉大学, 浙江 宁波 315100
  • 收稿日期:2021-04-06 出版日期:2021-10-20 发布日期:2021-09-29
  • 通讯作者: 庄培芝 E-mail:songxiuguang@sdu.edu.cn;zhuangpeizhi@sdu.edu.cn
  • 作者简介:宋修广(1966—)，男, 山东威海人，教授，博士，博士生导师，主要研究方向为岩土支挡结构.E-mail: songxiuguang@sdu.edu.cn

Optimal calculation method of pavement shakedown limit based on genetic algorithm

Xiuguang SONG1(),Yingchao ZHANG1,Peizhi ZHUANG1,*(),He YANG1,Haifeng ZHANG1,2,Juan WANG3   

  1. 1. School of Qilu Transportation, Shandong University, Jinan 250002, Shandong, China
    2. Lunan High-Speed Railway Co., Ltd., Jinan 250102, Shandong, China
    3. The University of Nottingham Ningbo, Ningbo 315100, Zhejiang, China
  • Received:2021-04-06 Online:2021-10-20 Published:2021-09-29
  • Contact: Peizhi ZHUANG E-mail:songxiuguang@sdu.edu.cn;zhuangpeizhi@sdu.edu.cn

RichHTML

324

PDF (PC)

426

摘要：

为解决长期往复车辆荷载作用下道路结构易产生弹塑性变形的问题, 基于静力安定定理研究Hertz荷载作用下半无限空间Mohr-Coulomb结构的安定行为, 引入遗传算法构建往复车辆荷载作用下道路结构安定极限下限值的高效计算方法。通过与现有求解方法进行对比和参数分析, 验证了新方法的准确性，计算过程在10 s内完成。

关键词: 道路结构, 遗传算法, 安定极限, 弹塑性分析, 安定理论

Abstract:

To solve the problem that road structures are prone to elasto-plastic deformation under the action of long-term reciprocating vehicle loads, based on the static shakedown theorem, the shakedown behavior of the semi-infinite space Mohr-Coulomb structure under the Hertz load was studied, and the genetic algorithm was introduced to construct an efficient calculation method for the lower limit of the shakedown limit of the road structure under the reciprocating vehicle load. The accuracy and efficiency of the new method was verified by comparison with the existing solution method and parameter analysis.

Key words: pavement structure, genetic algorithm, shakedown limit, elastic-plastic analysis, Shakedown theory

中图分类号: 

  • U416

图1

三维Hertz荷载分布形式及定义"

图2

空间内部计算区域"

图3

遗传算法流程图"

图4

本研究与Wang[22]计算结果对比图"

图5

计算结果与迭代次数的关系"

图6

迭代次数与运算时间的关系"

1 YU H S . Three-dimensional analytical solutions for shakedown of cohesive-frictional materials under moving surface loads[J]. Proceedings of the Royal Society A-Mathematical Physical and Engineering Sciences, 2005, 461 (2059): 1951- 1964.
doi: 10.1098/rspa.2005.1445
2 WERKMEISTER S , DAWSON A R , WELLNER F . Permanent deformation behavior of granularmaterials and the shakedown concept[J]. Transportation Research Record, 2001, 1757 (1): 75- 81.
doi: 10.3141/1757-09
3 孙阳, 沈水龙, 罗春泳. 基于下限定理的路面结构安定分析[J]. 岩土力学, 2010, 31 (11): 3667- 3670.
doi: 10.3969/j.issn.1000-7598.2010.11.051
SUN Yang , SHEN Shuilong , LUO Chunyong . Shakedown analysis of pavement structure based on lower bound theorem[J]. Rock and Soil Mechanics, 2010, 31 (11): 3667- 3670.
doi: 10.3969/j.issn.1000-7598.2010.11.051
4 RAYMOND D Mindlin . Force at a point in the interior of a semiinfinite solid[J]. Journal of Applied Physics, 1936, 7 (5): 195- 202.
5 WANG J , YU H S . Three-dimensional shakedown solu-tions for anisotropic cohesivefrictional materials under moving surface loads[J]. International Journal for Numerical and Analytical Methods in Geomechanics, 2014, 38 (1): 331- 348.
6 WEICHERT D , PONTER A . A historical view on shakedown theory[J]. The History of Theoretical Material and Computational Mechanics, 2014, 169- 193.
7 SHARP R W , BOOKER J R . Shakedown of pavements under moving surface loads[J]. Journal of Transportation Engineering-Asce, 1984, 110 (1): 1- 14.
doi: 10.1061/(ASCE)0733-947X(1984)110:1(1)
8 YU H S , HOSSAIN M Z . Lower bound shakedown analysis of layered pavements using discontinuous stress fields[J]. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 1998, 167 (3/4): 209- 222.
9 BOULBIBANE M , COLLINS I F , WEICHERT D , et al. Shakedown analysis of anisotropic asphalt concrete pavements with clay subgrade[J]. Canadian Geotechnical Journal, 2000, 37 (4): 882- 889.
doi: 10.1139/t00-007
10 WANG J, YU H S. Application of shakedown analysis in pavement engineering[C]//Computer Methods and Recent Advances in Geomechanics. Kyoto, Japan: Computer Methods and Recent Advanced in Geomechanics, 2015: 1187-1192.
11 YU H S , WANG J . Three-dimensional shakedown solutions for cohesive-frictional materials under moving surface loads[J]. International Journal of Solids and Structures, 2012, 49 (26): 3797- 3807.
doi: 10.1016/j.ijsolstr.2012.08.011
12 WANG J , YU H S . Shakedown analysis for design of flexible pavements under moving loads[J]. Road Mater Pavement, 2013, 14 (3): 703- 722.
doi: 10.1080/14680629.2013.814318
13 LIU S , WANG J , YU H S , et al. Shakedown solutions for pavements with materials following associated and non-associated plastic flow rules[J]. Computers and Geotechnics, 2016, 78 (3): 218- 226.
14 BROWN S F , YU H S , JUSPI S , et al. Validation experiments for lower-bound shakedown theory applied to layered pavement systems[J]. Geotechnique, 2012, 62 (10): 923- 932.
doi: 10.1680/geot.11.P.050
15 王娟, 余海岁. 道路安定理论的进展及其应用[J]. 岩土力学, 2014, 35 (5): 1255- 1262.
WANG J , YU H S . Progress and application of road shakedown theory[J]. Rock and Soil Mechanics, 2014, 35 (5): 1255- 1262.
16 庄妍, 王孟, 王康宇. Von-Mises半无限空间结构安定理论研究[J]. 岩土工程学报, 2017, 39 (2): 232- 235.
ZHUANG Yan , WANG Meng , WANG Kangyu . Study on Von-Mises shakedown theory of semi-infinite space structures[J]. Chinese Journal of Geotechnical Engineering, 2017, 39 (2): 232- 235.
17 李明. 详解MATLAB在最优化计算中的应用[M]. 北京: 电子工业出版社, 2011.
18 徐青松, 刘兴荣, 王东坡, 等. 基于遗传算法的反倾层状岩质边坡极限分析上限解[J]. 山地学报, 2019, 37 (2): 295- 302.
XU Qingsong , LIU Xingrong , WANG Dongpo , et al. Upper bound solution of limit analysis of antidip stratified rock slope based on genetic algorithm[J]. Journal of Mountain, 2019, 37 (2): 295- 302.
19 MELAN E . Der spannungsgudstand eines Henky-Mises schen kontinuums bei verlandicher belastung[J]. Sitzungberichte der Ak Wissenschaften Wie (Ser 2A), 1938, 145, 73.
20 PONTER A R S , HEARLE A D , JOHNSON K L . Application of the kinematical shakedown theorem to rolling and sliding point contacts[J]. Journal of the Mechanics and Physics of Solids, 1985, 33 (4): 339- 362.
doi: 10.1016/0022-5096(85)90033-X
21 YU H S , WANG J . Three-dimensional shakedown solutions for cohesive-frictional materials under moving surface loads[J]. International Journal of Solids and Structures, 2012, 49 (1): 3797- 3807.
22 WANG J. Shakedown analysis and design of flexible road pavements under moving surface loads[D]. United Kingdom: Nottingham: University of Nottingham, 2011.
23 HOLLAND J H. 自然与人工系统中的适应理论分析及其在生物、控制和人工智能中的应用[M]. 张江, 译. 北京: 高等教育出版社, 2011.
[1] 郭蓉蓉,张汝华,马信辉,郭森垚. 近交叉口路中式快速公交站点选址优化[J]. 山东大学学报 (工学版), 2021, 51(3): 61-67.
[2] 顾雪平, 杨超, 梁海平, 王元博, 李少岩. 异步电网并行协调恢复策略的优化制定方法[J]. 山东大学学报 (工学版), 2019, 49(5): 9-16.
[3] 孙润稼,朱海南,刘玉田. 基于偏好多目标优化和遗传算法的输电网架重构[J]. 山东大学学报 (工学版), 2019, 49(5): 17-23.
[4] 公冶小燕,林培光,任威隆. 基于Grefenstette编码和2-opt优化的遗传算法[J]. 山东大学学报 (工学版), 2018, 48(6): 19-26.
[5] 陈嘉杰,王金凤. 基于蚁群算法求解Choquet模糊积分模型[J]. 山东大学学报(工学版), 2018, 48(3): 81-87.
[6] 王飞,徐健,李伟,汪新浩,施啸寒. 基于分布式储能系统的风储滚动优化调度方法[J]. 山东大学学报(工学版), 2017, 47(6): 89-94.
[7] 王常顺,肖海荣. 基于自抗扰控制的水面无人艇路径跟踪控制器[J]. 山东大学学报(工学版), 2016, 46(4): 54-59.
[8] 刘德宝, 吴耀华, 郭耀阳, 王艳艳. 基于串并行混合拣选策略的自动拣选系统品项分配优化[J]. 山东大学学报(工学版), 2015, 45(6): 36-44.
[9] 董红斌, 张广江, 逄锦伟, 韩启龙. 一种基于协同进化方法的聚类集成算法[J]. 山东大学学报(工学版), 2015, 45(2): 1-9.
[10] 梁兴建, 詹志辉. 基于双模式变异策略的改进遗传算法[J]. 山东大学学报(工学版), 2014, 44(6): 1-7.
[11] 孙鹏,程世庆*,谢敬思,张海瑞. 预测混合生物质灰熔点的CV-GA-SVM模型[J]. 山东大学学报(工学版), 2012, 42(2): 108-111.
[12] 杨钦民,刘海林*. 基于遗传算法的蜂窝网络动态信道分配建模及算法实现[J]. 山东大学学报(工学版), 2011, 41(2): 85-90.
[13] 阳爱民1,周咏梅1,邓河2,周剑峰3. 一种网络流量分类特征的产生及选择方法[J]. 山东大学学报(工学版), 2010, 40(5): 1-7.
[14] 刘彬,张仁津. 基于退火遗传算法的NURBS曲线逼近[J]. 山东大学学报(工学版), 2010, 40(5): 96-100.
[15] 王艳艳,吴耀华,孙国华,于洪鹏. 配送中心分拣订单合批策略的研究[J]. 山东大学学报(工学版), 2010, 40(2): 43-46.
Viewed
Full text


Abstract

Cited
  Shared   
  Discussed   
[1] 王素玉,艾兴,赵军,李作丽,刘增文 . 高速立铣3Cr2Mo模具钢切削力建模及预测[J]. 山东大学学报(工学版), 2006, 36(1): 1 -5 .
[2] 张永花,王安玲,刘福平 . 低频非均匀电磁波在导电界面的反射相角[J]. 山东大学学报(工学版), 2006, 36(2): 22 -25 .
[3] 施来顺,万忠义 . 新型甜菜碱型沥青乳化剂的合成与性能测试[J]. 山东大学学报(工学版), 2008, 38(4): 112 -115 .
[4] 李梁，罗奇鸣，陈恩红. 对象级搜索中基于图的对象排序模型（英文）[J]. 山东大学学报(工学版), 2009, 39(1): 15 -21 .
[5] 陈瑞,李红伟,田靖. 磁极数对径向磁轴承承载力的影响[J]. 山东大学学报(工学版), 2018, 48(2): 81 -85 .
[6] 王波,王宁生 . 机电装配体拆卸序列的自动生成及组合优化[J]. 山东大学学报(工学版), 2006, 36(2): 52 -57 .
[7] 李可,刘常春,李同磊 . 一种改进的最大互信息医学图像配准算法[J]. 山东大学学报(工学版), 2006, 36(2): 107 -110 .
[8] 季涛,高旭,孙同景,薛永端,徐丙垠 . 铁路10 kV自闭/贯通线路故障行波特征分析[J]. 山东大学学报(工学版), 2006, 36(2): 111 -116 .
[9] 浦剑1 ,张军平1 ，黄华2 . 超分辨率算法研究综述[J]. 山东大学学报(工学版), 2009, 39(1): 27 -32 .
[10] 刘文亮,朱维红,陈涤,张泓泉. 基于雷达图像的运动目标形态检测及跟踪技术[J]. 山东大学学报(工学版), 2010, 40(3): 31 -36 .
版权所有 © 2018 《山东大学学报(工学版)》编辑部　
地址: 济南市山大南路27号（250100）　 电话: 0531-88366735　 E-mail: xbgxb@sdu.edu.cn
本系统由北京玛格泰克科技发展有限公司设计开发