粒子群算法的改進(jìn)及其在CRH3型動(dòng)車(chē)組結(jié)構(gòu)優(yōu)化的應(yīng)用研究.pdf

1、高速動(dòng)車(chē)組作為速度最快的陸上交通運(yùn)輸工具，在我國(guó)鐵路客運(yùn)中起著重要作用。按照“引進(jìn)先進(jìn)技術(shù)，聯(lián)合設(shè)計(jì)生產(chǎn)，打造中國(guó)品牌”的要求，高速動(dòng)車(chē)組的國(guó)產(chǎn)化工作正在順利進(jìn)行。本著讓材料物盡其用的原則，車(chē)體輕量化優(yōu)化一直是車(chē)體設(shè)計(jì)的重要內(nèi)容。本文在研究CRH3型動(dòng)車(chē)組TC02車(chē)車(chē)體性能的基礎(chǔ)上，以車(chē)體底架為主要研究對(duì)象，利用Hypermesh和ANSYS軟件建立了車(chē)體的輕量化優(yōu)化模型;提出一種動(dòng)態(tài)慣性權(quán)重的改進(jìn)粒子群算法，使用MATLAB軟件編制算

2、法結(jié)構(gòu)，完成了無(wú)約束優(yōu)化例題和約束優(yōu)化例題測(cè)試試驗(yàn)，將改進(jìn)算法應(yīng)用于CRH3型動(dòng)車(chē)組結(jié)構(gòu)輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)中，得出車(chē)體輕量化優(yōu)化方案。論文的具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　1.為了改善粒子群算法進(jìn)化后期收斂速度慢且易陷入早熟的缺陷，對(duì)粒子群算法提出改進(jìn)。首先構(gòu)造種群迭代成功率作為反饋參數(shù)，動(dòng)態(tài)改變慣性權(quán)重的值，以此調(diào)節(jié)PSO的全局與局部搜索能力，提高算法收斂性能;其次，當(dāng)PSO發(fā)生早熟時(shí)，引入混沌干擾因子，增加種群粒子的多樣性，改善PSO易發(fā)

3、生早熟的缺陷。通過(guò)4個(gè)無(wú)約束優(yōu)化例題和4個(gè)約束優(yōu)化例題完成算法有效性測(cè)試試驗(yàn)，結(jié)果證明改進(jìn)后算法在求解多峰函數(shù)時(shí)的精度顯著提高，在求解約束優(yōu)化問(wèn)題時(shí)，具有較強(qiáng)的全局尋優(yōu)能力。
　　2.首先通過(guò)圖紙和模型數(shù)據(jù)充分了解CRH3型車(chē)TC02車(chē)車(chē)體結(jié)構(gòu)，對(duì)車(chē)體幾何模型進(jìn)行適當(dāng)?shù)暮?jiǎn)化，選用殼單元和梁?jiǎn)卧缺憩F(xiàn)車(chē)體的受力特性，車(chē)上的零部件使用質(zhì)量單元簡(jiǎn)化到其實(shí)際安裝位置，建立車(chē)體有限元模型。參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12663:2000，利用建立的CR

4、H3型車(chē)TC02車(chē)有限元模型，完成了車(chē)體在14種工況下的靜強(qiáng)度、剛度與模態(tài)有限元計(jì)算，計(jì)算結(jié)果表明車(chē)體結(jié)構(gòu)符合標(biāo)準(zhǔn)要求。
　　3、以底架上下蓋板厚度、底架筋板厚度和底架邊梁各板厚為設(shè)計(jì)變量，利用ANSYS的輸出文件，提取了約束車(chē)體靜強(qiáng)度、剛度及模態(tài)所對(duì)應(yīng)的參數(shù)作為輸出響應(yīng)。在ISIGHT優(yōu)化平臺(tái)中，利用最優(yōu)拉丁超立方試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法，完成樣本點(diǎn)的采集，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(RBF/EBF)方法建立了CRH3型車(chē)TC02車(chē)車(chē)體結(jié)構(gòu)的近似模型，計(jì)

5、算近似模型誤差，根據(jù)系數(shù)表得到了輸出響應(yīng)關(guān)于設(shè)計(jì)變量的多元二次回歸方程。
　　4、在近似模型的基礎(chǔ)上，以TC02車(chē)車(chē)體質(zhì)量為目標(biāo)函數(shù)，以車(chē)體強(qiáng)度、剛度以及一階垂向共振頻率為約束條件，求使車(chē)體質(zhì)量最小的車(chē)體輕量化優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。將新型粒子群算法與Isight中的粒子群算法分別應(yīng)用于CRH3型車(chē)TC02車(chē)車(chē)體的輕量化求解，對(duì)比兩種優(yōu)化結(jié)果，結(jié)果表明兩種算法均能在保證車(chē)體性能的前提下達(dá)到車(chē)體輕量化的目的，但改進(jìn)算法在尋優(yōu)速度與尋優(yōu)能力上具