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

1、車體是車輛系統(tǒng)主要的承載部件，在運(yùn)行過(guò)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(shí)際使用要求，必須對(duì)車輛的車體結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析，滿足國(guó)家相關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的要求，保證車輛的運(yùn)行安全可靠。
　　鐵路機(jī)車車體結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，目前主要集中在強(qiáng)度、剛度等性能上對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。對(duì)于車體中的底架來(lái)說(shuō)，結(jié)構(gòu)和所受載荷復(fù)雜，有限元單元數(shù)量龐大，同時(shí)，能夠?qū)Y(jié)構(gòu)強(qiáng)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(qiáng)度，同時(shí)使優(yōu)化方案具有足夠的魯棒性，需要進(jìn)行考慮不確定性因素在內(nèi)的組合優(yōu)化設(shè)計(jì)，使設(shè)計(jì)方案更可靠。
　　本文對(duì)重型軌道車整車車體結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度及模態(tài)分析，在此基礎(chǔ)上，對(duì)車體底架部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)兼顧提高車體底架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和優(yōu)化方案魯棒性的組合優(yōu)化方法對(duì)底架進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。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(diǎn)，建立整車車體有限元模型，根據(jù)機(jī)車車輛的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)車體結(jié)構(gòu)進(jìn)行了8種工況和模態(tài)的仿真計(jì)算，參照TB/T1335-1996《鐵道車輛強(qiáng)度設(shè)計(jì)及試驗(yàn)鑒定規(guī)范》、TB/T2541-2010《內(nèi)燃機(jī)、電力機(jī)車車體靜強(qiáng)度試驗(yàn)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(jī)車車體》等相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)車體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行了評(píng)價(jià)。
　　(2)根據(jù)車體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析結(jié)果，利用Isight優(yōu)化平臺(tái)調(diào)用A

4、NSYS對(duì)車體底架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。為了提高優(yōu)化效率，降低計(jì)算成本，采用試驗(yàn)設(shè)計(jì)法建立底架的數(shù)學(xué)近似模型替代有限元模型進(jìn)行底架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。以車體底架上的最高應(yīng)力水平為目標(biāo)函數(shù)，在滿足其他工況的強(qiáng)度要求的約束條件下，進(jìn)行底架結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)并得出底架的優(yōu)化方案。
　　(3)對(duì)優(yōu)化后的底架設(shè)計(jì)方案進(jìn)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(jìn)行計(jì)算分析得出，將設(shè)計(jì)變量理想化的確定性優(yōu)化設(shè)計(jì)得到的底架優(yōu)化方案無(wú)法

5、滿足工程生產(chǎn)制造中的要求，需要對(duì)其進(jìn)行可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)。因此提出組合優(yōu)化設(shè)計(jì)，對(duì)底架進(jìn)行兼顧提高底架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和優(yōu)化方案魯棒性的組合優(yōu)化設(shè)計(jì)。
　　(4)在組合優(yōu)化過(guò)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(píng)價(jià)方法，將自適應(yīng)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(jìn)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(jì)方案。將得到的底架組合優(yōu)化方案結(jié)果進(jìn)行仿真計(jì)