单元淘汰率对基于ESO算法隧道优化形状的影响

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1、万方数据第5卷第4期2009年8月地下空间与工程学报ChineseJournalofUndergroundSpaceandEngineeringV01．5Aug．2009单元淘汰率对基于ESO算法隧道优化形状的影响’徐成家1，董新平2，方俊波3(I．中铁工程设计咨询集团有限公司，北京100055；2．郑州大学岩土工程研究所，河南郑州450002；3．中铁隧道集团，河南洛阳471009)摘要：采用提出的误差面积作为指标，就单元淘汰率对基于ESO算法获得的最优隧道形状的影响进行了分析，研究表明：可以采用“误差面积”作为ESO算法精度的衡量尺度和迭代结束的准则；在ESO算法中，不同单元淘汰率获得的

2、“最优”解是不相同的，不同单元淘汰率直接影响获得的隧道最优形状；单元淘汰率直接影响误差面积，总体上，单元淘汰率越小，误差面积越小，但在某些情况下，单元淘汰率越小，误差越大，单元淘汰率存在类似差分法中的“步长效应”。关键词：隧道；渐进结构优化；单元淘汰率中图分类号：TU433文献标识码：A文章编号：1673—0836(2009)04—0698—05TheEffectofElementEliminationRatioonthe0ptimizedShapeofTunnelBasedonEvolutionaryStructuralOptimizationXUCheng-jial。DONGXin-pi

3、n92。FANGJun—b03(1．ChinaRailway‘EngineeringConsultantsGroup．Beijing100055。P．尼China；2．GeotechnicalInstituteofZhengzhouUniversity．Zhengzhou450002．P．R．China；3．ChinaRailwayTunnelGroup-t加yang47009。P．R．China)Abstract：TheconceptofErrorare．awA．qintroducedintothealgorithmofESOevolutionarystructuraloptimiza·t

4、ion．Theeffectofelementeliminationratio(EER)ontheoptimizedtunnelshapeobtainedbyESOWaSanalyzedintermsofErrorarea．Itwasshownthattheerrorareacouldbeutilizedasaperformanceindexanditerationterminationcriterion．Furthermore-theoptimizedsolutionvariedwiththechangeofelementeliminationratio．Theoptimizedtun·ne

5、lshapewa$influencedbyEERdirectly．EERhadeffectontheei"tDrarea，normally-theelTorareadecreasedwhenasmallerelementeliminationratioWflSselected．Whereas．in80mecases．smallerEERcouldgiverisetOthe阶called“step—sizedilemma”．Keywords：tunnel；evolutionarystructuraloptimization(ES0)；elementeliminationratio(EER)1引

6、言渐进结构优化算法一ESO(EvolutionaryStruc-ruralOptimization)于1993年由Y．M．Xie和G．P．Steven提出‘¨，ESO算法基于一个简单的思想：最优的结构(最大刚度，最小重量)可通过从设计域逐渐剔除利用效率低的材料来获得。ESO算法避免了传统优化技术常会遇到的算法困难旧】，优化条件宽松，适用性强，可应用于应力、位移、刚度优化，或者振动频率响应、接触问题、临界压力优化等问题_订1。最近有研究者将ESO引入到地下工程领域，用来对隧道开挖断面形状进行优化[6】。·收稿日期：2009-05-09(修改稿)作者简介：徐成家(1976一)，男，湖北人，工学学

7、士，工程师，主要从事隧道及地下空间科研工作，E．mail：butter3000@126．com万方数据2009年第4期徐成家，等：单元淘汰率对基于ESO算法隧道优化形状的影响699ESO算法实施时，主要在每个迭代步移除效率低的单元，通常，效率的评价指标是VonMises应力、单元应变能(ElementStrainEnergy)，或是应力、应变能的敏感度，与优化的问题有关。而一次移除多少单元，则是ESO算法的基