粒子群算法的改進及其在CRH3型動車組結(jié)構(gòu)優(yōu)化的應(yīng)用研究.pdf

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

2、法結(jié)構(gòu)，完成了無約束優(yōu)化例題和約束優(yōu)化例題測試試驗，將改進算法應(yīng)用于CRH3型動車組結(jié)構(gòu)輕量化優(yōu)化設(shè)計中，得出車體輕量化優(yōu)化方案。論文的具體研究內(nèi)容如下:
　　1.為了改善粒子群算法進化后期收斂速度慢且易陷入早熟的缺陷，對粒子群算法提出改進。首先構(gòu)造種群迭代成功率作為反饋參數(shù)，動態(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PSO發(fā)生早熟時，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4個無約束優(yōu)化例題和4個約束優(yōu)化例題完成算法有效性測試試驗，結(jié)果證明改進后算法在求解多峰函數(shù)時的精度顯著提高，在求解約束優(yōu)化問題時，具有較強的全局尋優(yōu)能力。
　　2.首先通過圖紙和模型數(shù)據(jù)充分了解CRH3型車TC02車車體結(jié)構(gòu)，對車體幾何模型進行適當?shù)暮喕?，選用殼單元和梁單元等表現(xiàn)車體的受力特性，車上的零部件使用質(zhì)量單元簡化到其實際安裝位置，建立車體有限元模型。參照歐洲標準EN12663:2000，利用建立的CR

4、H3型車TC02車有限元模型，完成了車體在14種工況下的靜強度、剛度與模態(tài)有限元計算，計算結(jié)果表明車體結(jié)構(gòu)符合標準要求。
　　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)計變量，利用ANSYS的輸出文件，提取了約束車體靜強度、剛度及模態(tài)所對應(yīng)的參數(shù)作為輸出響應(yīng)。在ISIGHT優(yōu)化平臺中，利用最優(yōu)拉丁超立方試驗設(shè)計方法，完成樣本點的采集，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(RBF/EBF)方法建立了CRH3型車TC02車車體結(jié)構(gòu)的近似模型，計

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車車體質(zhì)量為目標函數(shù)，以車體強度、剛度以及一階垂向共振頻率為約束條件，求使車體質(zhì)量最小的車體輕量化優(yōu)化設(shè)計方案。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TC02車車體的輕量化求解，對比兩種優(yōu)化結(jié)果，結(jié)果表明兩種算法均能在保證車體性能的前提下達到車體輕量化的目的，但改進算法在尋優(yōu)速度與尋優(yōu)能力上具