|
DOI: 10.14489/td.2024.11.pp.004-013
Выплавень В. С., Бехер С. А.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЧИСЛЕННОГО РЕШЕНИЯ ОБРАТНОЙ ЗАДАЧИ ДЛЯ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ МЕТОДА ДИНАМИЧЕСКОГО ШТАМПА ДЛЯ КОНТРОЛЯ БАЛЛАСТНОГО СЛОЯ
(с. 4-13)
Аннотация. Описан принцип работы установки динамического штампа, который используется для оценки упругих характеристик грунтов при ударном на-гружении. Предлагается использование численного решения обратной задачи для изучения влияния параметров установки и основания на результаты измерений. Разработана математическая модель вязкоупругого взаимодействия в системе из трех тел: ударника, нагрузочной плиты и контролируемого основания.Решалась задача нахождения модуля деформации контролируемого основания по результатам измерений вертикального ускорения, скорости и перемещения нагрузочной плиты под ударной нагрузкой. Решение основано на оптимизации параметров разработанной математической модели. Критерием минимизации являлась среднеквадратическая ошибка между измеренными значениями ускорения, скорости и перемещения и рассчитанными значениями, полученными из математической модели. Из-за наличия множества локальных минимумов оптимизируемой функции в качестве решателя использовался генетический алгоритм. Проведены испытания измерения жесткости на основаниях с разной жесткостью и модуля деформации на щебеночном балласте. Результаты испытаний подтверждают применимость использования алгоритма численного решения обратной задачи для нахождения неизвестных параметров системы по экспериментальным данным.
Ключевые слова: балласт, железнодорожный путь, динамический плотномер, модуль деформации, механические испытания грунтов, задача оптимизации, математическая модель, обратная задача.
Vyplaven V. S., Bekher S. A.
THE USE OF INVERSE PROBLEM NUMBERICAL SOLUTION TO IMPROVE THE BALLAST LAYER USING CONTROL BY LIGHT WEIGHT DEFLECTOMETER
(pp. 4-13)
Abstract. The article describes the light weight deflectometer operation principle, which used to access the elastic characteristics of soil under impact load. The study proposes the use of numerical solutions to the inverse problem to investigate the influence of installation parameters and foundations on measurement results. The solution is based on optimizing the parameters of the developed mathematical model. The criterion for minimization was the mean square error between the measured values of acceleration, velocity, and displacement and the calculated values obtained from the mathematical model. Due to the presence of multiple local minima in the optimized function, a genetic algorithm was used as the solver Tests were conducted to measure the elasticity coefficients on bases with different stiffness and deformation modulus on gravel ballast. The test results confirm the applicability of using a numerical inverse problem-solving algorithm to find unknown system parameters based on experimental data.
Keywords: ballast, railway track, light weight deflectometer, deformation modulus, mechanical tests on soils, optimization problem, mathematical model, inverse problem.
В. С. Выплавень, С. А. Бехер (ФГБОУ ВО «Сибирский государственный университет путей сообщения», Новосибирск, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
V. S. Vyplaven, S. A. Bekher (Siberian Transport University, Novosibirsk, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
,
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
1. Железняк В. Н., Мартыненко Л. В., Панфилова А. О. Особенности взаимодействия узлов и деталей в системе «вагон‒путь» // Молодая наука Сибири: электрон. науч. журн. 2020. № 2(8). С. 17 ‒ 20.
2. Скутин А. И., Мыльников М. М. Разработка модели возникновения поперечных сил в балластном слое под воздействием внешних нагрузок // Современные технологии. Системный анализ. Моделирование. 2020. № 4(68). С. 220 ‒ 230.
3. Sysyn M., Gerber U., Kovalchuk V., Nabochenko O. The Complex Phenomenological Model for Prediction of Inhomogeneous Deformations of Railway Ballast Layer After Tamping Works // Archives of Transport. 2018. № 47(3). P. 91 ‒ 107.
4. Коваленко Н. И., Коваленко Н. А. Особенности выполнения работ по выправке пути одиночными путевыми машинами // Наука и технологии железных дорог. 2020. Т. 4, № 2(14). С. 94 ‒ 100.
5. Offenbacher S., Bernhard A., Barbir O., et al. Evaluating the Applicability of Multi-Sensor Equipped Tamping Machines for Ballast Condition Monitoring // Measurement. 2021. No. 172. P. 108881.
6. Przybyłowicz M., Sysyn M., Parneta B., et al. Experimental and Theoretical Evaluation of Side Tamping Method for Ballasted Railway Track Maintenance // Transport Problems. 2020. V. 15, No. 3. P. 93.
7. Kuttah D. Determining the Resilient Modulus of Sandy Subgrade Using Cyclic Light Weight Deflectometer Test // Transportation Geotechnics. 2021. No. 27. P. 100482.
8. Yongjin C., Donghyun A., Yunje L., et al. Compaction Quality Monitoring of Open-Graded Aggregates by Light Weight Deflectometer and Soil Stiffness Gauge // Sustainability. 2020. No. 12. P. 2521.
9. Kuttah D. Assessing the Interactions Among Factors Affecting the Light-Weight Deflectometer Measurements // Bull. Eng. Geol. Environ., 2023. No. 82. P. 238.
10. Власов К. В., Бобров А. Л. Влияние неоднородности физических свойств объекта контроля на чувствительность вихретокового метода // Вестник ИжГТУ им. М. Т. Калашникова. 2024. Т. 27, № 1. С. 55 ‒ 62. DOI: 10.22213/2413-1172-2024-1-55-62
11. Белых В. В., Муравьев В. В., Степанов В. А. Использование информационной энтропии структуры стали для определения качества и ресурса ее функциональных свойств // Вестник ИжГТУ им. М. Т. Калашникова. 2020. Т. 23, № 3. С. 15 ‒ 24. DOI: 10.22213/2413-1172-2020-3-15-24
12. Выплавень В. С., Бехер С. А. Упруго-линейная модель динамического контроля жесткости балластного слоя железнодорожного пути // Интеллектуальные системы в производстве. 2023. Т. 21, № 1. С. 4 ‒ 13.
13. Евдокимов Ю. К., Фадеева Л. Ю. Метод и алгоритм радиочастотного зондирования неоднородных электропроводящих структур // Вестник ИжГТУ им. М.Т. Калашникова. 2023. Т. 26, № 2. С. 94 ‒ 102. DOI: 10.22213/2413-1172-2023-2-94-102
14. Пушкарев И. А. Структурная схема средств виброзащиты строительных конструкций с подвижными нагрузками // Вестник ИжГТУ им. М. Т. Калашникова. 2022. Т. 25, № 4. С. 27 ‒ 36. DOI: 10.22213/2413-1172-2022-4-27-36
15. Akey E., Jones M., Ho C., et al. Measuring Railroad Ballast Modulus of Elasticity Using Light Weight Deflectometer // Advances in Transportation Geotechnics IV. Lecture Notes in Civil Engineering. 2022. V. 165.
16. Prajwol T., Soheil N. Permanent Deformation and Stiffness of Fouled Ballast Based on Static and Impact Load Tests // Conference: Geo-Structural Aspects of Pavements, Railways, and Airfields. At: Colorado Springs, Colorado. 2019.
17. Крючков М. В. Сравнительный анализ некоторых алгоритмов решения многомерной задачи условной оптимизации // Вестник ИжГТУ им. М. Т. Калашникова. 2014. № 2(62). С. 153 ‒ 155.
18. Загинайло М. В., Фатхи В. А. Генетический алгоритм как эффективный инструмент эволюционных алгоритмов // Инновации. Наука. Образование. 2020. № 22. С. 513 ‒ 518.
19. Рядчиков И. В., Гусев А. А., Сеченев С. И., Никульчев Е. В. Генетический алгоритм поиска параметров ПИД-регуляторов системы стабилизации шагающего робота // Труды НГТУ им. Р. Е. Алексеева. 2019. № 1(124). С. 52 ‒ 60.
20. Ушаков П. А., Максимов К. О. Разработка генетического алгоритма для синтеза конструкций фрактальных элементов на основе резистивно-емкостной среды со структурой слоев вида R‒C‒NR // Вестник ИжГТУ им. М. Т. Калашникова. 2012. № 3(55). С. 104 ‒ 108.
21. Xiaorui Z., Frédéric O., Oeser M. Pavement Moduli Back-Calculation Using Artificial Neural Network and Genetic Algorithms // Construction and Building Materials. 2021. No. 287. P. 123026.
1. Zheleznyak V. N., Martynenko L. V., Panfilova A. O. (2020). Features of the interaction of components and parts in the “car-track” system. Molodaya nauka Sibiri, 8(2), 17 ‒ 20. [in Russian language]
2. Skutin A. I., Myl'nikov M. M. (2020). Development of a model for the occurrence of shear forces in the ballast layer under the influence of external loads. Sovremennye tekhnologii. Sistemniy analiz. Modelirovanie, 68(4), 220 ‒ 230. [in Russian language]
3. Sysyn M., Gerber U., Kovalchuk V., Nabochenko O. (2018). The Complex Phenomenological Model for Prediction of Inhomogeneous Deformations of Railway Ballast Layer After Tamping Works. Archives of Transport, 47(3), 91 ‒ 107.
4. Kovalenko N. I., Kovalenko N. A. (2020). Features of track straightening work using single track machines. Nauka i tekhnologii zheleznyh dorog, Vol. 4 14(2), 94 ‒ 100. [in Russian language]
5. Offenbacher S., Bernhard A., Barbir O. et al. (2021). Evaluating the Applicability of Multi-Sensor Equipped Tamping Machines for Ballast Condition Monitoring. Measurement, 172.
6. Przybyłowicz M., Sysyn M., Parneta B. et al. (2020). Experimental and Theoretical Evaluation of Side Tamping Method for Ballasted Railway Track Maintenance. Transport Problems, 15(3).
7. Kuttah D. (2021). Determining the Resilient Modulus of Sandy Subgrade Using Cyclic Light Weight Deflectometer Test. Transportation Geotechnics, 27.
8. Yongjin C., Donghyun A., Yunje L. et al. (2020). Compaction Quality Monitoring of Open-Graded Aggregates by Light Weight Deflectometer and Soil Stiffness Gauge. Sustainability, (12).
9. Kuttah D. (2023). Assessing the Interactions Among Factors Affecting the Light-Weight Deflectometer Measurements. Bulletin of Engineering Geology and the Environment, 82.
10. Vlasov K. V., Bobrov A. L. (2024). Influence of heterogeneity of physical properties of the test object on the sensitivity of the eddy current method. Vestnik IzhGTU im. M. T. Kalashnikova, 27(1), 55 ‒ 62. [in Russian language]. DOI: 10.22213/2413-1172-2024-1-55-62
11. Belyh V. V., Murav'ev V. V., Stepanov V. A. (2020). Using the information entropy of steel structure to determine the quality and service life of its functional properties. Vestnik IzhGTU im. M. T. Kalashnikova, 23(3), 15 ‒ 24. [in Russian language]. DOI: 10.22213/2413-1172-2020-3-15-24
12. Vyplaven' V. S., Bekher S. A. (2023). Elasticlinear model of dynamic control of the rigidity of the ballast layer of a railway track. Intellektual'nye sistemy v proizvodstve, 21(1), 4 ‒ 13. [in Russian language]
13. Evdokimov Yu. K., Fadeeva L. Yu. (2023). Method and algorithm for radio frequency probing of inhomogeneous electrically conductive structures. Vestnik IzhGTU im. M.T. Kalashnikova, 26(2), 94 ‒ 102. [in Russian language]. DOI: 10.22213/2413-1172-2023-2-94-102
14. Pushkarev I. A. (2022). Block diagram of vibration protection means for building structures with moving loads. Vestnik IzhGTU im. M. T. Kalashnikova, 25(4), 27 ‒ 36. [in Russian language]. DOI: 10.22213/2413-1172-2022-4-27-36
15. Akey E., Jones M., Ho C. et al. (2022). Measuring Railroad Ballast Modulus of Elasticity Using Light Weight Deflectometer. Advances in Transportation Geotechnics IV. Lecture Notes in Civil Engineering, 165.
16. Prajwol T., Soheil N. (2019). Permanent Deformation and Stiffness of Fouled Ballast Based on Static and Impact Load Tests. Conference: Geo-Structural Aspects of Pavements, Railways, and Airfields. At: Colorado Springs, Colorado.
17. Kryuchkov M. V. (2014). Comparative analysis of some algorithms for solving a multidimensional constrained optimization problem. Vestnik IzhGTU im. M. T. Kalashnikova, 62(2), 153 ‒ 155. [in Russian language]
18. Zaginaylo M. V., Fathi V. A. (2020). Genetic algorithm as an effective tool for evolutionary algorithms. Innovatsii. Nauka. Obrazovanie, 22, 513 ‒ 518. [in Russian language]
19. Ryadchikov I. V., Gusev A. A., Sechenev S. I., Nikul'chev E. V. (2019). Genetic algorithm for searching parameters of PID controllers of a walking robot stabilization system. Trudy NGTU im. R. E. Alekseeva, 124(1), 52 ‒ 60. [in Russian language]
20. Ushakov P. A., Maksimov K. O. (2012). Development of a genetic algorithm for the synthesis of designs of fractal elements based on a resistive-capacitive medium with a layer structure of the form R‒C‒NR. Vestnik IzhGTU im. M. T. Kalashnikova, 55(3), 104 ‒ 108. [in Russian language]
21. Xiaorui Z., Frédéric O., Oeser M. (2021). Pavement Moduli Back-Calculation Using Artificial Neural Network and Genetic Algorithms. Construction and Building Materials, 287.
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 500 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа скопируйте doi статьи:
10.14489/td.2024.11.pp.004-013
и заполните форму
Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 500 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please copy the article doi:
10.14489/td.2024.11.pp.004-013
and fill out the form
.
|
Текущий номер
">
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»