کاربرد روش ترکیبی شبکه عصبی موجک و الگوریتم بهینه‌سازیTLBO به‌منظور مدل‌سازی مدول برجهندگی مصالح زیراساس سنگدانه‌ای

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی سیرجان

2 دستیار تحقیقاتی، دانشکده مهندسی عمران، دانشگاه صنعتی سیرجان

10.22034/tri.2021.269667.2856

چکیده

مدول برجهندگی مصالح راه‌سازی یکی از پارامتر‌های مهم در تحلیل و طراحی روسازی‌ چه در روش‌های تجربی و چه در روش‌های مکانیستیک تجربی است. این پارامتر به‌عنوان اصلی‌ترین پارامتر برای بیان سختی و رفتار تنش-کرنش مصالح راه‌سازی تحت اثر تنش‌های تناوبی مورداستفاده قرار می‌گیرد. برای تعیین این پارامتر نیاز به انجام آزمایش بارگذاری سه محوری دینامیکی در تنش‌های محدود‌کننده و تنش‌های انحرافی مختلف است که بسیار وقت‌گیر و پرهزینه است. در این مقاله از روش ترکیبی شبکه عصبی موجک (WNN) و الگوریتم بهینه‌سازی مبتنی بر آموزش و یادگیری (TLBO) به‌منظور مدل‌سازی مدول برجهندگی مصالح زیراساس استفاده‌شده است. ورودی‌های مدل شامل حداکثر وزن مخصوص خشک، ضریب یکنواختی، ضریب انحناء، درصد عبوری از الک نمرۀ 200، تنش محدودکننده و تنش انحرافی و خروجی مدول برجهندگی در نظر گرفته‌ شده است. نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که افزایش تعداد نرون‌ها در لایه مخفی به تعداد بیشتر از 20 نرون تأثیر چندانی بر روی افزایش دقت شبکه عصبی موجک ندارد و تابع موجک Mexican Hat بهترین نتیجه را در پیش‌بینی مدول برجهندگی دارد. همچنین روش WNN-TLBO در مقایسه با روش ANN دارای دقت بیشتری در پیش‌بینی مدول برجهندگی مصالح زیراساس است. نتایج اعتبار سنجی خارجی نشان می‌دهد که روش WNN-TLBO همه معیارهای لازم را برآورد می‌کند که دلالت بر پتانسیل پیش‌بینی بالای این روش دارد. نتایج تحلیل حساسیت نشان می‌دهد که درجه اهمیت متغیر تنش محدودکننده نسبت به سایر متغیرها برای پیش‌بینی مدول برجهندگی بیشتر است. همچنین تحلیل پارامتریک تاثیر هر متغیر ورودی را روی مدول برجهندگی نشان می دهد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Application of a Hybrid Wavelet Neural Network and TLBO Optimization Algorithm for Modeling the Resilient Modulus of Unbounded Subbase Materials

نویسندگان [English]

  • Ali Reza Ghanizadeh 1
  • Nasrin Heidarabadizadeh 2
1 Associate Professor, Department of Civil Engineering, Sirjan University of Technology
2 Research Associate, Department of Civil Engineering, Sirjan University of Technology
چکیده [English]

The resilient modulus (MR) of road materials is one of the most important parameters in the analysis and design of pavement. This parameter is used in both empirical methods and mechanistic-empirical methods as the main parameter for expressing the stiffness and behavior of road construction materials. To determine this parameter in the laboratory, it is necessary to perform a dynamic tri-axial loading test under various confining and deviator stresses, which is a time- and cost-intensive approach. In this paper, a wavelet neural network (WNN) hybridized with the teacher learning based optimization (TLBO) algorithm was used to model the MR of unbound subbase materials. The input variables included maximum dry density, uniformity coefficient, curvature coefficient, percent passing No. 200 sieve, confining stress, and deviator stress and output variable was resilient modulus of the unbound subbase materials. The results of this study indicate that increasing the number of neurons in the hidden layer to more than 20 neurons has little effect on increasing the accuracy of the wavelet neural network and the Mexican Hat wavelet function has the best result in predicting the resilient modulus. The results of this study also indicate that the WNN-TLBO method is more accurate than the ANN method in predicting the MR of unbound subbase materials. External validation results indicate that the WNN-TLBO method satisfy all the necessary criteria, which indicates the high predictive potential of this method. The results of sensitivity analysis indicate that the degree of importance of the confined stress is higher than other variables for predicting the resilience modulus. A parametric analysis was also done to study the effects of each input variable on the MR.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Modeling
  • Wavelet Neural Network (WNN)
  • Teacher Learning Based Optimization (TLBO) Algorithm
  • Unbound Subbase