基于截面板厚變化的高速列車車體結(jié)構(gòu)多參數(shù)優(yōu)化研究.pdf

1、隨著高鐵行業(yè)科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，對高速列車的性能要求也在不斷提高，研究人員也越來越重視車體結(jié)構(gòu)優(yōu)化。從結(jié)構(gòu)材料的選取，到結(jié)構(gòu)分布的具體設(shè)計，都需要進行大量的模擬計算。而如何充分利用材料特性，使其滿足列車全壽命周期中的安全運行要求是其中最關(guān)鍵的問題。本文以長客標(biāo)準(zhǔn)動車組中間車的車體為研究對象，通過計算車體的結(jié)構(gòu)強度、扭轉(zhuǎn)及彎曲剛度和模態(tài)，分析車體結(jié)構(gòu)特性，模擬車體在各工況下的形態(tài)。通過建立車體數(shù)學(xué)模型，對車體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化計算。以車體截面板

2、厚為設(shè)計變量，通過約束應(yīng)力、位移來約束車體的結(jié)構(gòu)強度、扭轉(zhuǎn)及彎曲剛度，以達到優(yōu)化車體結(jié)構(gòu)、降低車體質(zhì)量的目的。在保證質(zhì)量減少的情況下探索提高車體強度剛度的可行性。本文的主要內(nèi)容:
　　(1)通過SolidWorks軟件導(dǎo)出車體模型，并對車體模型進行簡化。將結(jié)構(gòu)的圓角與倒角去除，將車下懸掛的裝備質(zhì)量化作質(zhì)量塊，將座椅與乘客質(zhì)量均勻分布等。利用結(jié)構(gòu)對稱性，取車體四分之一的結(jié)構(gòu)在Hypermesh軟件中進行網(wǎng)格劃分，建立有限元模型。

3、r>　　(2)根據(jù)國際鐵路聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)UIC566和歐洲標(biāo)準(zhǔn)EN12663:2000的相關(guān)規(guī)定，將車體的有限元模型代入ANSYS軟件進行仿真計算。為實現(xiàn)模擬列車全壽命周期安全運行的目標(biāo)，在多種組合工況下對車體進行模擬計算，包括定員工況、抬車工況、壓縮工況、拉伸工況等。通過各工況的有限元計算結(jié)果可以明確模型的強度、剛度及模態(tài)是否在要求范圍內(nèi)，即模型的結(jié)構(gòu)是否滿足設(shè)計要求。
　　(3)利用Isight優(yōu)化軟件對結(jié)構(gòu)進行計算，主要思想是建立

4、結(jié)構(gòu)的近似模型，這個近似模型可以在力與強度等特性上代替原有的有限元模型。通過優(yōu)化此近似模型，可以得到優(yōu)化后的有限元模型。在結(jié)構(gòu)優(yōu)化中，關(guān)于設(shè)計變量的選擇需要遵循以下幾個原理:通過結(jié)構(gòu)分析，將對各特性影響較大的結(jié)構(gòu)的部件進行詳細劃分;將不同部位不同功能的結(jié)構(gòu)分組并進行編號;利用結(jié)構(gòu)對稱性，將分組進行簡化。設(shè)計變量為各部件型材的板厚。
　　(4)采用多目標(biāo)優(yōu)化的方法對車體結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化。選用歸一化方法:將多個目標(biāo)轉(zhuǎn)化為單一目標(biāo)，通過選取

5、不同權(quán)重系數(shù)將所有目標(biāo)整合。第一步是試驗設(shè)計建立樣本空間，采用最優(yōu)拉丁超立方試驗設(shè)計法;第二步是建立近似模型，為確保模型的精度，采用Kriging模型;第三步是通過選取的算法進行優(yōu)化，為實現(xiàn)較優(yōu)解，采用組合優(yōu)化算法。將車體質(zhì)量、強度、剛度作為約束與目標(biāo)函數(shù)進行優(yōu)化。對比得到的幾組優(yōu)化結(jié)果，統(tǒng)計分析得到較優(yōu)解。
　　(5)通過結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果，分析車體各部件結(jié)構(gòu)對車體強度、剛度及模態(tài)的影響強弱，通過調(diào)整結(jié)構(gòu)板厚，使之實現(xiàn)輕量化的同時適當(dāng)