重型軌道車體強度分析及底架結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、車體是車輛系統(tǒng)主要的承載部件，在運行過程中，不但要承受自身重力、各種設(shè)備載荷、車間縱向作用力，而且還要承受不同車輛間橫向沖擊載荷的作用力等，因此要使新型軌道車輛滿足實際使用要求，必須對車輛的車體結(jié)構(gòu)進行強度分析，滿足國家相關(guān)技術(shù)標準的要求，保證車輛的運行安全可靠。
　　鐵路機車車體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，目前主要集中在強度、剛度等性能上對其進行優(yōu)化設(shè)計。對于車體中的底架來說，結(jié)構(gòu)和所受載荷復雜，有限元單元數(shù)量龐大，同時，能夠?qū)Y(jié)構(gòu)強度產(chǎn)生影

2、響的不確定因素較多，例如:材料自身特性、生產(chǎn)制造公差以及環(huán)境因素等。因此，為了使底架具有足夠的強度，同時使優(yōu)化方案具有足夠的魯棒性，需要進行考慮不確定性因素在內(nèi)的組合優(yōu)化設(shè)計，使設(shè)計方案更可靠。
　　本文對重型軌道車整車車體結(jié)構(gòu)進行強度及模態(tài)分析，在此基礎(chǔ)上，對車體底架部分進行優(yōu)化設(shè)計，通過兼顧提高車體底架結(jié)構(gòu)強度和優(yōu)化方案魯棒性的組合優(yōu)化方法對底架進行優(yōu)化設(shè)計。本文具體完成的工作如下:
　　(1)根據(jù)重型軌道車車體結(jié)構(gòu)的特

3、點，建立整車車體有限元模型，根據(jù)機車車輛的相關(guān)標準，對車體結(jié)構(gòu)進行了8種工況和模態(tài)的仿真計算，參照TB/T1335-1996《鐵道車輛強度設(shè)計及試驗鑒定規(guī)范》、TB/T2541-2010《內(nèi)燃機、電力機車車體靜強度試驗方法》、EN12663《鐵道車輛車體結(jié)構(gòu)要求》以及TB/T25334.1-2010《第1部分:內(nèi)燃機車車體》等相關(guān)設(shè)計標準對車體結(jié)構(gòu)強度進行了評價。
　　(2)根據(jù)車體結(jié)構(gòu)強度分析結(jié)果，利用Isight優(yōu)化平臺調(diào)用A

4、NSYS對車體底架結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計。為了提高優(yōu)化效率，降低計算成本，采用試驗設(shè)計法建立底架的數(shù)學近似模型替代有限元模型進行底架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計。以車體底架上的最高應力水平為目標函數(shù)，在滿足其他工況的強度要求的約束條件下，進行底架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計并得出底架的優(yōu)化方案。
　　(3)對優(yōu)化后的底架設(shè)計方案進行了可靠性分析，從優(yōu)化方案魯棒性的角度，采用Sigma水平分析法進行計算分析得出，將設(shè)計變量理想化的確定性優(yōu)化設(shè)計得到的底架優(yōu)化方案無法

5、滿足工程生產(chǎn)制造中的要求，需要對其進行可靠性優(yōu)化設(shè)計。因此提出組合優(yōu)化設(shè)計，對底架進行兼顧提高底架結(jié)構(gòu)強度和優(yōu)化方案魯棒性的組合優(yōu)化設(shè)計。
　　(4)在組合優(yōu)化過程中，制定了合理的組合優(yōu)化策略。在不同的優(yōu)化求解階段選用不同類型的優(yōu)化算法和評價方法，將自適應模擬退火法、霍克-吉維斯以及序列二次規(guī)劃三種不同類型的算法聯(lián)用進行求解。從而得到考慮制造公差等不確定因素在內(nèi)的軌道車車體底架的優(yōu)化設(shè)計方案。將得到的底架組合優(yōu)化方案結(jié)果進行仿真計