基于BP神经网络遗传算法的药型罩优化
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ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＬＳＣ （１ｉｎｅａｒ ｓｈａｐｅｄ ｃｈａｒｇｅ）； ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｍｅｔｈｏｄ； ＢＰ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ； ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
关 键 词 ：线 性 聚 能 装 药 ；正 交 试 验 法 ；ＢＰ神 经 网 络遗 传 算 法 ；结 构 优 化 中图 分 类 号 ：ＴＤ２３５ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００４—４０５ｌ（２０１６）０４—０１０８—０４
Ｃｈａｒｇｅ ｏｐｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＢＰ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ａｎｄ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ
陈 寿峰 等针 对 不 同炸 高 、不 同材 质 聚 能 罩 的聚
收 稿 日期 ：２０１５－０７—２８ 作 者 简 介 ；郭 浩 然 （１９８７一），男 ，江 苏 盐 城 人 ，解 放 军 理 工 大 学 硕 士 研 究 生 ，从 事 炸 药 爆 炸 及 其 爆 破 开 挖 方 面 的 研 究 。 Ｅ－ｍａｉｌ： ２６１３１９３１４＠ ｑｑ．ｔｏｍ。
线 性聚 能装药 是从 锥 形 聚 能 装 药 发 展 而来 ，具 有 高速 、高 效 、操 作 方 便 、不 受 环 境 限 制 等 优 点 ，非 普 通切 割方 法所 比＿１］。该爆 破方 式 具有 强烈 的方 向 性 ，适用 于 需 要 沿 定 向产 生 裂 缝 的爆 破 要 求 ，并 可 减 少钻 孑Ｌ工 作 量 ，提 高 破 裂 壁 面 的平 整 度 ］。为 了 利 用有 限 的装 药 达 到最 大 的切 割 效 果 ，线 性 聚 能 装 药爆 破 的研 究一 直是 热 门课题 。
摘 要 ：线 性 聚能 装 药 爆 破 效 果 的 影 响 因 素 有 很 多 ，且 各 因 素 的 影 响 多 是 非 线 性 的 ，而 且 非 常 复 杂 ， 其 中药 型 罩 结 构 的 优化 设 计 一 直 是 重 点 。为 了探 索 有 效 的 药 型 罩 优 化 方 法 ，本 研 究 对 楔 形 罩 运 用 正 交 试 验 法 设 计 方 案 ，利 用 ＡＮＳＹｓ／ＬＳＩＤＹＮＡ 进 行 数 值 模 拟 获 得 结 果 ，再 以 结 构 参 数 和 最 大 射 流 速 度 分 别 作 为 ＢＰ神 经 网 络 的输 入 和 输 出 进 行 训 练 ，并 将 预 测 值 作 为适 应 度 ，结 合 遗 传 算 法 对 药 型 罩 进 行 最 优 结 构 药 型 罩参数 和最优最大射流速度搜索 。结 果表 明，该方 法能够 结合 正交试 验 法和 ＢＰ神 经 网络遗传 算法 的优 点 ，快 速 精 确 地 进 行 药 型 罩 结 构 优 化 。
能 药包 ，利 用 ＡＮＳＹＳ／ＬＳ－ＤＹＮＡ 进行 数值 模 拟 ，初 步分析 了聚能爆 破 破 岩 机理 ，得 出 了 聚 能爆 破 各 主 要 参数 对破 岩效 果 影响 的基 本规律 Ｉ３］。郭德 勇 等根 据 聚 能流侵 彻 、应力 波 拉 伸 和 爆 生 气体 气 楔 作 用 机 理 ，在 分析 聚 能 爆 破 裂 隙 起 裂 扩 展 条 件 基 础 上 ，设 计 了深 孔 聚能爆 破 顶 板 弱化 方 案 ，并优 化 了爆 破 参 数 ＿４］。曹丽 娜等 通 过 分 析 聚能 射 流 形 成 的机 理 ，并 结 合数 值 方 法 研 究 了不 同形 状 石 油 射 孔 弹 聚 能 装 药 药 型罩 结 构 参 数 对 射 流 速 度 的影 响 ，结 果 表 明 ， 药型罩 壁厚 的增 大 会 降 低 射流 速度 ，并 指 出 喇 叭形 罩效 果最 好［５］。崔 铁 军 等 基 于 露 天开 矿 爆 破 结 果 ， 结合 神经 网络 和遗 传 算 法 得 到 了最 优超 爆 深 度 、飞 石距 离 和 爆 破 方 案 ，并 证 明 了 该 优 化 方 法 的 有
ＧＵ０ Ｈａｏ—ｒａｎ，ｊｌ Ｍ ａｏ—ｒｏｎｇ， ＧＵ０ Ｔａｏ， Ｗ Ｕ Ｓｈｕａｎｇ—ｚｈａｎｇ （ＰＬＡ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００７， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｍ ａｎｙ ｆａｃｔｏｒｓ ｃａｎ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ＬＳＣ，ａｎｄ ｍｏｓｔ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ａｒｅ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ａｎｄ ｃｏｍ ｐｌｉｃａｔｅｄ．Ｔ ｈｅ ｏｐｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｉｓ ｎｏｔｉｃｅｄ ｗｉｄｅｌｙ． Ｆｏｒ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｐｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅ ｗｅｄｇｅ ｃｈａｒｇｅ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｗａｓ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ａｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｂｊｅｃｔｓ． Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｒｏｇｒａｍｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ＡＮＳＹＳ／ＬＳ－ＤＹＮＡ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｊｅｔ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｍａｘｉｍｕｍ ｗｅｒｅ ｓｅｔ ａｓ ｔｈｅ ｉｎｐｕｔ ａｎｄ ｏｕｔｐｕｔ ｏｆ ＢＰ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｆｏｒ ｔｒａｉｎｉｎｇ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｗ ａｓ ｓｅｔ ａｓ ｔｈｅ ｆｉｔｎｅｓｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｓｅａｒｃｈ ｂｅｓｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐａｒａｍ ｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｊｅｔ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｍａｘｉｍｕｍ ｏｆ ｔｈｅ ｗｅｄｇｅ ｃｈａｒｇｅ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔ ｈｅ ｓｔｕｄｙ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｍ ｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｃｏｍｂｉｎｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒｔｈｏｇｏｎａ１ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｍｅｔｈｏｄ，ＢＰ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ａｎｄ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｐｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ
第 ２５卷 第 ４期 ２０１６年 ４月
中 国 矿 业
ＣＨ ＩＮＡ Ｍ ＩＮＩＮ Ｇ Ｍ ＡＧＡＺＩＮＥ
Ｖ ０１．２５，Ｎｏ．４ Ａｐｒ． ２０１６
基 于 ＢＰ神 经 网络 遗传 算 法 的 药型 罩优 化
大学 ，江 苏 南京 ２１０００７）
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ＬＳＣ （１ｉｎｅａｒ ｓｈａｐｅｄ ｃｈａｒｇｅ）； ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｍｅｔｈｏｄ； ＢＰ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎｄ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ； ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ
关 键 词 ：线 性 聚 能 装 药 ；正 交 试 验 法 ；ＢＰ神 经 网 络遗 传 算 法 ；结 构 优 化 中图 分 类 号 ：ＴＤ２３５ 文 献 标 识 码 ：Ａ 文 章 编 号 ：１００４—４０５ｌ（２０１６）０４—０１０８—０４
Ｃｈａｒｇｅ ｏｐｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＢＰ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ａｎｄ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ
陈 寿峰 等针 对 不 同炸 高 、不 同材 质 聚 能 罩 的聚
收 稿 日期 ：２０１５－０７—２８ 作 者 简 介 ；郭 浩 然 （１９８７一），男 ，江 苏 盐 城 人 ，解 放 军 理 工 大 学 硕 士 研 究 生 ，从 事 炸 药 爆 炸 及 其 爆 破 开 挖 方 面 的 研 究 。 Ｅ－ｍａｉｌ： ２６１３１９３１４＠ ｑｑ．ｔｏｍ。
线 性聚 能装药 是从 锥 形 聚 能 装 药 发 展 而来 ，具 有 高速 、高 效 、操 作 方 便 、不 受 环 境 限 制 等 优 点 ，非 普 通切 割方 法所 比＿１］。该爆 破方 式 具有 强烈 的方 向 性 ，适用 于 需 要 沿 定 向产 生 裂 缝 的爆 破 要 求 ，并 可 减 少钻 孑Ｌ工 作 量 ，提 高 破 裂 壁 面 的平 整 度 ］。为 了 利 用有 限 的装 药 达 到最 大 的切 割 效 果 ，线 性 聚 能 装 药爆 破 的研 究一 直是 热 门课题 。
摘 要 ：线 性 聚能 装 药 爆 破 效 果 的 影 响 因 素 有 很 多 ，且 各 因 素 的 影 响 多 是 非 线 性 的 ，而 且 非 常 复 杂 ， 其 中药 型 罩 结 构 的 优化 设 计 一 直 是 重 点 。为 了探 索 有 效 的 药 型 罩 优 化 方 法 ，本 研 究 对 楔 形 罩 运 用 正 交 试 验 法 设 计 方 案 ，利 用 ＡＮＳＹｓ／ＬＳＩＤＹＮＡ 进 行 数 值 模 拟 获 得 结 果 ，再 以 结 构 参 数 和 最 大 射 流 速 度 分 别 作 为 ＢＰ神 经 网 络 的输 入 和 输 出 进 行 训 练 ，并 将 预 测 值 作 为适 应 度 ，结 合 遗 传 算 法 对 药 型 罩 进 行 最 优 结 构 药 型 罩参数 和最优最大射流速度搜索 。结 果表 明，该方 法能够 结合 正交试 验 法和 ＢＰ神 经 网络遗传 算法 的优 点 ，快 速 精 确 地 进 行 药 型 罩 结 构 优 化 。
能 药包 ，利 用 ＡＮＳＹＳ／ＬＳ－ＤＹＮＡ 进行 数值 模 拟 ，初 步分析 了聚能爆 破 破 岩 机理 ，得 出 了 聚 能爆 破 各 主 要 参数 对破 岩效 果 影响 的基 本规律 Ｉ３］。郭德 勇 等根 据 聚 能流侵 彻 、应力 波 拉 伸 和 爆 生 气体 气 楔 作 用 机 理 ，在 分析 聚 能 爆 破 裂 隙 起 裂 扩 展 条 件 基 础 上 ，设 计 了深 孔 聚能爆 破 顶 板 弱化 方 案 ，并优 化 了爆 破 参 数 ＿４］。曹丽 娜等 通 过 分 析 聚能 射 流 形 成 的机 理 ，并 结 合数 值 方 法 研 究 了不 同形 状 石 油 射 孔 弹 聚 能 装 药 药 型罩 结 构 参 数 对 射 流 速 度 的影 响 ，结 果 表 明 ， 药型罩 壁厚 的增 大 会 降 低 射流 速度 ，并 指 出 喇 叭形 罩效 果最 好［５］。崔 铁 军 等 基 于 露 天开 矿 爆 破 结 果 ， 结合 神经 网络 和遗 传 算 法 得 到 了最 优超 爆 深 度 、飞 石距 离 和 爆 破 方 案 ，并 证 明 了 该 优 化 方 法 的 有
ＧＵ０ Ｈａｏ—ｒａｎ，ｊｌ Ｍ ａｏ—ｒｏｎｇ， ＧＵ０ Ｔａｏ， Ｗ Ｕ Ｓｈｕａｎｇ—ｚｈａｎｇ （ＰＬＡ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ， Ｎａｎｊｉｎｇ ２１０００７， Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｍ ａｎｙ ｆａｃｔｏｒｓ ｃａｎ ａｆｆｅｃｔ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ＬＳＣ，ａｎｄ ｍｏｓｔ ｏｆ ｔｈｅｓｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ａｒｅ ｎｏｎｌｉｎｅａｒ ａｎｄ ｃｏｍ ｐｌｉｃａｔｅｄ．Ｔ ｈｅ ｏｐｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓ ｉｓ ｎｏｔｉｃｅｄ ｗｉｄｅｌｙ． Ｆｏｒ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｐｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅ ｗｅｄｇｅ ｃｈａｒｇｅ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ ｗａｓ ｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ ａｓ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｂｊｅｃｔｓ． Ｆｉｒｓｔ，ｔｈｅ ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｍｅｔｈｏｄ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｄｅｓｉｇｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｐｒｏｇｒａｍｓ，ａｎｄ ｔｈｅ ＡＮＳＹＳ／ＬＳ－ＤＹＮＡ ｗａｓ ｕｓｅｄ ｔｏ ｏｂｔａｉｎ ｓｉｍ ｕｌａｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔｓ．Ｔｈｅｎ，ｔｈｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｊｅｔ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｍａｘｉｍｕｍ ｗｅｒｅ ｓｅｔ ａｓ ｔｈｅ ｉｎｐｕｔ ａｎｄ ｏｕｔｐｕｔ ｏｆ ＢＰ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｆｏｒ ｔｒａｉｎｉｎｇ，ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｒｅｓｕｌｔ ｗ ａｓ ｓｅｔ ａｓ ｔｈｅ ｆｉｔｎｅｓｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｗａｓ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ｓｅａｒｃｈ ｂｅｓｔ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｐａｒａｍ ｅｔｅｒｓ ａｎｄ ｊｅｔ ｖｅｌｏｃｉｔｙ ｍａｘｉｍｕｍ ｏｆ ｔｈｅ ｗｅｄｇｅ ｃｈａｒｇｅ ｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ．Ｔ ｈｅ ｓｔｕｄｙ ｒｅｓｕｌｔｓ ｉｎｄｉｃａｔｅｄ ｔｈａｔ ｔｈｉｓ ｍ ｅｔｈｏｄ ｃａｎ ｃｏｍｂｉｎｅ ａｄｖａｎｔａｇｅｓ ｏｆ ｔｈｅ ｏｒｔｈｏｇｏｎａ１ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｍｅｔｈｏｄ，ＢＰ ｎｅｕｒａｌ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ａｎｄ ｇｅｎｅｔｉｃ ａｌｇｏｒｉｔｈｍ ｆｏｒ ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｐｔｉｍ ｉｚａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｈａｒｇｅ
第 ２５卷 第 ４期 ２０１６年 ４月
中 国 矿 业
ＣＨ ＩＮＡ Ｍ ＩＮＩＮ Ｇ Ｍ ＡＧＡＺＩＮＥ
Ｖ ０１．２５，Ｎｏ．４ Ａｐｒ． ２０１６
基 于 ＢＰ神 经 网络 遗传 算 法 的 药型 罩优 化
大学 ，江 苏 南京 ２１０００７）