基于Workbench的B型转向架构架结构优化设计与试验验证

为了使转向架构架的结构强度在设计阶段满足标准要求,将有限单元法和优化设计理论相结合对其进行结构优化设计。首先,建立B型转向架构架的有限元模型,依据UIC 515-4及EN 13749标准对其进行结构强度分析,确定不满足标准要求的工况和位置。其次,利用APDL语言对模型进行参数化,基于Workbench的优化设计模块,采用遗传算法对其进行结构优化,得到新的结构方案,并对优化设计后的构架进行结构强度分析。最后,根据TB/T 2368—2005标准对构架进行试验,并与优化后的分析结果进行对比验证。研究结果表明,优化后的静强度、疲劳强度满足标准要求,并且与试验结果保持一致,说明转向架构架满足强度设计要求。同时,相比于按照经验进行方案优化设计,该方法效率较高,准确性更好,能够为其他轨道车辆结构的优化设计提供参考。     

基于响应面法的转向架构架结构强度分析

为了快速准确地评估转向架构架的结构强度,将响应面法和可靠性理论相结合对其进行结构强度分析.运用APDL语言建立转向架构架的参数化模型,并根据标准计算其结构强度.考虑试验设计方法对构架响应面函数精度的影响,分别采用中心组合设计、Box-Behnken设计和三水平全因子设计三种试验设计方法对其进行样本点的选取.利用最小二乘法对试验数据进行拟合,建立构架的多项式响应面函数.基于响应面函数,采用Monte-Carlo方法和应力-强度干涉理论对构架进行结构强度的可靠性分析.研究结果表明:试验设计方法的不同对响应面函数精度的影响较大,通过中心组合设计拟合的响应面函数精度较低,三水平全因子设计相比Box-Behnken设计在拟合精度相似的条件下,计算量较大.三种试验设计方法下,转向架构架的结构可靠度分别为0.97,1和1,表明了响应面函数的精度对准确评估构架的可靠性具有重要作用,同时为准确评估构架的结构强度提供了理论指导.     

基于6σ的动车组转向架构架 非概率可靠性分析

针对转向架构架静强度实验结果仅对测试件有效,不能准确反映整批构架的结构强度是否满足要求的问题,提出一种基于6σ的非概率可靠性分析方法。首先,通过对转向架构架进行结构强度分析,确定受力较大部位的区间变量,并基于参数化模型对其进行D-最优试验设计,建立表征转向架构架结构特征的多项式响应面函数。其次,结合6σ原则和Chebyshev不等式,建立描述区间变量的分段函数模型,给出新模型中区间变量的生成策略和非概率可靠度的计算方法。最后,以动车组转向架构架为研究对象,对其进行结构可靠性分析,并与传统的分析方法进行对比。研究结果表明:在信息缺乏或小样本的条件下,分段函数模型更好地反映整批构架的结构可靠性,弥补了基于均匀分布假定相对保守的缺陷,同时,解决了由测试次数少导致的实验结果的局限性。     

Robust Optimization Design of Metro Handrails

This paper presents the robust design and response surface method(RSM) based on finite element analysis for the optimization design of metro handrails. The response surface can be created for each output parameter. Sequential quadratic programming is used for the optimization of metro handrails. Taguchi design is employed to investigate the sensitive controlling factors for the strength and mass of metro handrails, by taking the material density, the column and cross bar thickness as controlling factors, and the acceleration, the elastic modulus and the fluctuation of material density as uncontrollable factors. Then, the best combination of controlling factors is found. The results by different methods show that the method of Taguchi design can improve the robustness of the structural performance and reduce the mass.     

基于双响应面的地铁车辆底架稳健优化设计

为了减少地铁车辆底架优化过程中由于不确定性因素引起的目标响应分散性问题,利用双响应面模型对其进行稳健优化设计。首先利用Monte Carlo方法筛选出对目标响应影响较大的设计变量,进行拉丁超立方抽样得到设计变量及目标响应的样本点;再运用最小二乘法对样本点进行拟合,求得目标响应的多项式响应面函数,对其进行均值估计和方差估计,得出均值和方差的响应面函数;最后以方差函数最小为优化目标,以均值函数为约束条件建立稳健优化模型,采用内点法对其进行优化求解。研究结果表明,通过双响应面模型进行稳健优化后底架结构的抗外界因素干扰能力提高,并且强度得到改善,质量减小。     

基于IDEPSO-SS的多工况转向架构架可靠性分析

基于子集模拟(Subset Simulation,SS)方法求解结构失效概率,再采用改进差分进化粒子群算法(IDEPSO)优化每层样本个数和初始条件概率,以获得单工况下结构最优失效概率,并结合几何分析确定联合失效概率,计算多工况下结构失效概率,确定最优失效次序。以某型转向架构架为研究对象,先采用SS方法建立构架各工况下每层样本个数和初始条件概率关于结构失效概率的响应面代理模型;再采用IDEPSO算法计算各工况下每层样本个数和初始条件概率的最优值,计算构架单工况下最优失效概率;最后,采用几何分析确定多工况下的联合失效概率,并结合二阶窄边界法和最优准则获得构架多工况下最优可靠度和最优失效次序。结果表明:基于IDEPSO-SS获得的单工况构架最优失效概率,在保证计算精度的同时,较传统方法计算效率提高了96%;最优失效次序下构架的多工况失效概率高于传统方法,提高了多工况转向架构架可靠性分析的准确性。