基于大部件標準動車組鋁合金車體結構輕量化研究.pdf

1、隨著優(yōu)化設計領域的發(fā)展，結構輕量化越來越受到設計者的重視。如何將工程結構所選材料的性能與其自身重量達到最匹配是設計者始終研究與探索的。本文通過計算標準動車組中間車的車體結構強度、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)量最輕為目標分別采用單目標和多目標兩種優(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)對結構復雜的車體完成了適當合理的簡化，建立了標

2、準動車組中間車體有限元模型。以車體有限元模型為基礎，依據(jù)EN12663:2000等相關要求，針對標準動車組中間車車體結構進行了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，得出結構滿足設計要求。
　　(2)在車體結構中，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進行優(yōu)化設計。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，以型材厚度作為設計參數(shù)。

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

4、優(yōu)化方案中將車體質(zhì)量、剛度同時作為目標函數(shù)進行優(yōu)化。對兩種優(yōu)化方案得出的結果再次進行有限元仿真校核，由兩種優(yōu)化方案的計算結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，認為多目標優(yōu)化結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)計算時所構造的離散插值矩陣通常為病態(tài)稠密矩陣，造成計算結果的不穩(wěn)定。針對該問題提出構造局部化徑向基函數(shù)，以松弛因子來改善徑向基函