基于大部件標(biāo)準(zhǔn)動車組鋁合金車體結(jié)構(gòu)輕量化研究.pdf

1、隨著優(yōu)化設(shè)計領(lǐng)域的發(fā)展，結(jié)構(gòu)輕量化越來越受到設(shè)計者的重視。如何將工程結(jié)構(gòu)所選材料的性能與其自身重量達到最匹配是設(shè)計者始終研究與探索的。本文通過計算標(biāo)準(zhǔn)動車組中間車的車體結(jié)構(gòu)強度、彎曲剛度、扭轉(zhuǎn)剛度及模態(tài)，以車體頂部為研究對象，以車體質(zhì)量最輕為目標(biāo)分別采用單目標(biāo)和多目標(biāo)兩種優(yōu)化方案進行多工況優(yōu)化探討。提出一種基于徑向基函數(shù)改進的近似模型法，完成車體輕量化研究。本文的主要內(nèi)容:
　　(1)對結(jié)構(gòu)復(fù)雜的車體完成了適當(dāng)合理的簡化，建立了標(biāo)

2、準(zhǔn)動車組中間車體有限元模型。以車體有限元模型為基礎(chǔ)，依據(jù)EN12663:2000等相關(guān)要求，針對標(biāo)準(zhǔn)動車組中間車車體結(jié)構(gòu)進行了12種主要組合工況下的有限元計算，通過對車體強度、剛度及模態(tài)校核分析，得出結(jié)構(gòu)滿足設(shè)計要求。
　　(2)在車體結(jié)構(gòu)中，底架、側(cè)墻、車頂是對車體總重量影響較大的大部件，要實現(xiàn)車體輕量化可以選取這幾部分為目標(biāo)進行優(yōu)化設(shè)計。本文選取車頂為優(yōu)化對象，將不同區(qū)域、不同功能的型材進行分組并編號，以型材厚度作為設(shè)計參數(shù)。

3、
　　(3)優(yōu)化階段選用Isight優(yōu)化設(shè)計平臺，制定出基于數(shù)學(xué)近似模型替代有限元仿真的優(yōu)化策略。首先在試驗設(shè)計階段采用優(yōu)化拉丁超立方設(shè)計法完成設(shè)計變量樣本空間的創(chuàng)建，以交互效應(yīng)圖等圖表分析得出設(shè)計變量對各響應(yīng)性能的靈敏度;通過分析近似模型的精度，最終確定以Kriging模型方法建立優(yōu)化近似模型;基于近似模型，在單目標(biāo)優(yōu)化方案中設(shè)計出全局性的多島遺傳算法與梯度優(yōu)化NLPQL算法相結(jié)合的組合優(yōu)化策略，效果明顯且優(yōu)化效率較高;在多目標(biāo)

4、優(yōu)化方案中將車體質(zhì)量、剛度同時作為目標(biāo)函數(shù)進行優(yōu)化。對兩種優(yōu)化方案得出的結(jié)果再次進行有限元仿真校核，由兩種優(yōu)化方案的計算結(jié)果對比分析車體的扭轉(zhuǎn)剛度、彎曲剛度及空車狀態(tài)一階垂向彎曲振動頻率的變化?？紤]到車體綜合性能，認為多目標(biāo)優(yōu)化結(jié)果在實際運用中更為優(yōu)秀。
　　(4)在近似模型處理散亂數(shù)據(jù)中，利用徑向基函數(shù)計算時所構(gòu)造的離散插值矩陣通常為病態(tài)稠密矩陣，造成計算結(jié)果的不穩(wěn)定。針對該問題提出構(gòu)造局部化徑向基函數(shù)，以松弛因子來改善徑向基函