基于响应面法的双前桥转向机构参数优化

针对某重型双前桥转向汽车轮胎磨损严重的问题,运用Adams/View建立了该型汽车双前桥转向机构的运动学模型,对其进行了运动学及转向性能仿真分析。针对第二桥车轮实际转角与理想转角之间差异较大的问题,采用灵敏度分析的方法,找出对转角差异影响较大的因子,在Adams/Insight中,使用响应面分析方法,对双前桥转向机构的参数进行了优化。对比优化前后的转角差异可知,实际转角与理想转角之间的差异得到了有效控制,从而降低了轮胎的磨损。     

基于多岛遗传算法的麦弗逊悬架参数优化设计

为减小悬架参数在车轮跳动过程中的变化量,以改善整车的操纵稳定性,提出一种基于多岛遗传算法进行麦弗逊悬架参数优化设计的方法。以某款轿车麦弗逊式前悬架为研究对象,基于Matlab/Simulink构建了前悬架动力学分析的数学模型,并通过相应Adams模型的仿真分析对数学模型的可靠性进行验证。在此基础上,通过扰动法分析得到悬架性能受结构参数的影响程度;通过具体分析灵敏度大小,可获取对刚度特性影响最灵敏的参数。最后运用多岛遗传算法对参数的优化,从而实现悬架性能的优化。     

基于Adams与Isight的某转向机构运动学仿真及多目标优化

针对东风某重型商用车在使用中存在的轮胎异常磨损问题,利用Adams/View对该样车双轴转向机构进行参数化建模与运动学仿真,仿真结果表明:各车轮实际转角关系与阿克曼理论转角关系存在一定误差,其中第二轴两车轮转角误差较大,导致该轴轮胎磨损严重。利用多学科优化软件Isight集成Adams/View建立了转向机构运动学仿真优化分析流程,采用正交数组DOE分析法和NCGA遗传算法实现了该转向机构的多目标优化。优化结果表明:优化后各车轮转角误差大大减小,有效解决了车轮异常磨损问题。     

灵敏度方法在汽车设计中的应用

本文介绍了灵敏度方法,该方法可用来了解汽车参数改变对汽车系统响应的影响。不管所建的汽车数学模型复杂与否,此方法都可以对系统进行分析。应用时可采用不同的灵敏度函数形式：具有量纲与无量纲,包括一阶标准、百分比、对数和高阶标准灵敏度函数。灵敏度函数定义为系统变量对系统参数的偏微分。该方法可以研究系统时变与非时变参数对系统变量的影响,且可以缩短汽车系统的设计周期,避免实车试验带来的巨大经济负担。     

高速列车车体可靠性参数灵敏度分析方法对比研究

以某型高速列车车体为研究对象,建立车体参数化有限元模型,将车体的材料属性、几何尺寸和载荷大小等参数设为随机变量,基于概率分析方法,通过统计分析得到其分布参数,分别基于蒙特卡洛和响应面数值模拟方法,求解车体的参数灵敏度.分析结果表明:在所选随机变量中,车体底架板材1、板材4和板材6的板厚尺寸对车体关注部位应力影响显著,设计过程中应对该变量进行严格控制;使用蒙特卡洛法和响应面法得到的灵敏度结果一致,其中响应面法缩减了求解时间;采用概率设计方法代替传统的定值设计方法,可以为高速列车车体的可靠性设计提供新的途径.     

自卸车货箱多学科优化设计

对某自卸车货箱进行包括线性静力和振动模态的多学科优化,并对优化结果进行了稳健性设计,确定了在随机误差影响下多学科优化结果的可靠性。首先建立了自卸车货箱的有限元模型,通过灵敏度分析筛选设计变量;其次应用试验研究方法采集试验样本并拟合各个响应的响应面,基于响应面优化计算获得多学科优化的最优解;最后通过稳健性分析确定了优化结果的可靠性。经过多学科优化设计,自卸车货箱在刚度、强度、第一阶模态频率不降低的情况下,质量减少8%。     

车轮型面优化的研究进展

论述了轮轨型面匹配对车辆／轨道动态行为和轮轨系统磨损接触疲劳的影响．介绍了铁路车轮型面优化设计的有关理论、技术和结果,分析、比较了各种方法在车轮型面优化中的应用及其存在的问题,并给出了相应的改进措施．结合车轮踏面的现有优化设计方法,提出了一种可以综合考虑接触应力、磨耗指数和临界速度等多个性能指标的车轮踏面优化方法,指出了优化过程中数学模型建立困难和求解速度慢等问题,并提出了相应的改进措施．     

车辆/轨道耦合作用下高速列车车轮振动影响灵敏度分析

考虑车辆一系、二系悬挂参数和轨道参数的随机性,在多体动力学软件UM当中建立了CRH2动车组拖车的随机性仿真模型;采用最优拉丁超立方试验设计方法抽取车辆参数和轨道参数的随机样本,利用多目标优化软件iSight调用随机样本,联合UM完成了随机样本仿真分析;在有限试验设计样本和仿真数据的限制下,以最佳近似精度为目标,结合最小角回归、低阶交互截断和留一法交叉验证等实现了多项式混沌展开,构建多项式混沌展开代理模型;采用Sobol法进行全局灵敏度分析,研究了直线、曲线2种工况下车辆参数和轨道参数随机耦合作用对于车轮振动特性的影响,找出了主要影响因子,并考虑了多参数之间的交互效应。研究结果表明:多项式混沌展开法能够基于已有的样本比较好地拟合出代理模型,计算出Sobol灵敏度系数,平均误差低于3%,从而可以高效、定量地分析各参数耦合作用对车轮振动的影响;转臂节点横向刚度、一系弹簧垂向刚度、一系弹簧横向刚度和二系横向减振器阻尼是对车轮振动响应方差具有较大贡献的车辆参数,轨道横向、垂向刚度是对车轮振动响应方差具有较大贡献的轨道参数,各参数之间存在明显交互效应。      

光伏并网发电系统参数协调优化方法研究

光伏并网发电系统的参数设计对其稳定运行具有重要意义,为此,提出了一种光伏并网发电系统参数的协调优化方法。该方法通过建立包含光伏电池、并网逆变器、变压器和电网的光伏发电系统小信号数学模型,利用特征值分析（根轨迹图）得到各个特征值稳定情况下的系统参数边界值;在此基础上,建立了计及小干扰稳定性、阻尼比和稳定裕度的协调优化目标函数,并采用回溯搜索算法（backtracking search algorithm,BSA）对系统参数进行优化;通过仿真测试,对比分析了参数优化前后系统的动态响应。研究结果表明,在系统遭受到小扰动后,经过参数优化的光伏并网系统能够在0.1s内达到新的平衡点稳定运行,比未优化参数的系统动态响应提高了50%。      

基于隐式参数化模型的地铁车体轻量化设计

为实现地铁新车型前期快速的概念设计和性能评估,引用“分析驱动设计”理念对重庆6号线地铁的MP车体进行了隐式参数化建模;并录入车体的17个主要钣金件进行设计分析。以板厚为设计变量,筛选出模态和刚度对质量相对灵敏度较大的7个车体钣金件,进行基于响应面法的多目标轻量化优化设计;车体的刚度、模态等多项性能指标达到了良好的轻量化效果。研究结果表明：所引入“分析驱动设计”理念的车体隐式参数化建模及基于响应面法的多目标优化方法能应用于车体结构的轻量化设计,具有较好的工程指导意义。     

基于Adams重型汽车操纵稳定性仿真分析

利用Adams软件,依据某一重型汽车的相关参数,建立整车模型。在转向盘角跃阶输入和稳态回转2种典型工况下,对整车进行操纵稳定性仿真分析,并将结果与实车试验数据作对比。在模型正确的基础上,提出了通过适度增加前钢板弹簧刚度,来改善汽车操纵稳定性的方案。     

稳健性优化方法在铁道车辆优化中的应用

采用一种基于灵敏度分析的稳健性优化方法,以某铁道车辆转向架悬挂参数为设计变量,针对该车辆的稳定性进行了优化设计,并结合正交试验参数灵敏度分析方法对优化后的悬挂参数进行了灵敏度分析.研究结果表明,稳健性优化设计得到的悬挂参数不仅使该车辆拥有较高的临界速度,且临界速度对各悬挂参数的灵敏度均很低,文中优化后车辆的临界速度达到了505 km/h,当各悬挂参数改变时,临界速度变化不到5％.     

横风下高速列车动力学参数的多目标优化

为改善高速列车横风下运行的动力学性能, 提高运行平稳性和安全性, 以轮轴横向力和轮重减载率为优化目标, 对高速列车动力学模型的悬挂参数进行多目标优化设计; 建立高速列车多体动力学参数化模型, 依照大风限速标准, 加载列车在横风下以不同速度运行的气动力数据, 选取了止挡间隙、一系悬挂纵向和垂向刚度、二系悬挂纵向和垂向刚度、一系垂向减振器刚度、二系横向和垂向减振器刚度、抗蛇形减振器刚度及阻尼11个变量; 搭建高速列车动力学模型优化平台, 对高速列车多体动力学参数化模型的设计参数与轮轴横向力和轮重减载率的相关性进行分析, 得到列车各悬挂参数对轮轴横向力和轮重减载率的影响趋势; 基于相关性结果, 采用NCGA、AMGA和NSGA-Ⅱ遗传算法对高速列车的动力学参数进行优化设计。分析结果表明: 采用NSGA-Ⅱ算法的优化结果最为理想; 与轮轴横向力和轮重减载率相关性最大的参数为抗蛇形减振器刚度, 为反效应; 优化后列车的动力学性能得到明显的改善, 轮重减载率从原始的0.78整体优化到0.63以下, 且最小可以优化到0.49, 最高可降低37.2%;轮轴横向力从原始的16.8 kN整体优化到9.6 kN以下, 且最小可以优化到5.79 kN, 最高可降低65.5%;得到了优化目标的Pareto前沿最优解, 确定了列车各动力学参数设计变量的最优解集, 并对最优解集在其他列车速度和风速组合下的运行工况进行验证, 适用性较好。      

前门“铛铛车”车轮断面减振降噪优化设计

摘要：以北京前门投入运营的“铛铛车”车轮为研究对象,从降低“铛铛车”在运行中产生的轮轨接触噪声的目的出发,将最优化理论运用于“铛铛车”车轮断面外形设计,建立了以车轮断面外形几何参数为设计变量、车轮结构振动辐射噪声最小为目标函数、承载强度为约束的数学模型,编制了相应的算法,得到了车轮断面外形几何参数的最优解,结果表明优化后车轮的声功率水平比原始车轮减小了30％,降低了车轮的振动噪声．     

跨座式单轨列车走行轮轮胎的不均匀磨损

为了优化跨座式单轨列车走行轮轮胎不均匀磨损性能，在运行工况分析基础上建立了走行轮轮胎有限元模型；结合走行轮磨损特性评价指标，建立了一套新的走行轮磨损间接评价方法，该方法以侧偏角和侧倾角为设计变量，通过探索走行轮轮胎侧偏角、侧倾角及其组合对走行轮轮胎磨损与不均匀磨损的影响对车辆二系悬挂参数进行优化，减轻走行轮轮胎磨损. 研究结果表明:优选前，转向架（以前转向架为例）中前、后排走行轮轮胎侧偏角分别为0.5°、0.3°、?0.4°、?0.2°；优选后，转向架中前、后走行轮轮胎侧偏角为0.2°、0.2°、?0.2°、?0.2°；车辆结构参数中二系悬挂横向刚度、垂向刚度对走行轮各轮胎不均匀磨损的影响较大，且选取合适的参数值在一定程度上能够减轻走行轮各轮胎不均匀磨损.      

Structural Optimization of Hatch Cover Based on Bi-directional Evolutionary Structure Optimization and Surrogate Model Method

Weight reduction has attracted much attention among ship designers and ship owners. In the present work, based on an improved bi-directional evolutionary structural optimization (BESO) method and surrogate model method, we propose a hybrid optimization method for the structural design optimization of beam-plate structures, which covers three optimization levels: dimension optimization, topology optimization and section optimization. The objective of the proposed optimization method is to minimize the weight of design object under a group of constraints. The kernel optimization procedure (KOP) uses BESO to obtain the optimal topology from a ground structure. To deal with beam-plate structures, the traditional BESO method is improved by using cubic box as the unit cell instead of solid unit to construct periodic lattice structure. In the first optimization level, a series of ground structures are generated based on different dimensional parameter combinations, the KOP is performed to all the ground structures, the response surface model of optimal objective values and dimension parameters is created, and then the optimal dimension parameters can be obtained. In the second optimization level, the optimal topology is obtained by using the KOP according to the optimal dimension parameters. In the third optimization level, response surface method (RSM) is used to determine the section parameters. The proposed method is applied to a hatch cover structure design. The locations and shapes of all the structural members are determined from an oversized ground structure. The results show that the proposed method leads to a greater weight saving, compared with the original design and genetic algorithm (GA) based optimization results.     

考虑UIC强度准则的轨道车轮辐板渐进结构拓扑优化方法

为了提高轨道车轮的结构性能, 利用渐进结构拓扑优化方法(ESO)建立了轨道车轮的结构优化模型; 以双S型轨道车轮为设计蓝本, 分析了轨道车轮的辐板设计域, 提出了轨道车轮在多工况作用下的渐进结构拓扑优化方法; 介绍了利用渐进结构拓扑优化方法实现结构应力均匀化的优化思路; 根据《整体车轮技术检验》(UIC 510-5:2003)标准, 分别考虑了轨道车轮在直线工况、曲线工况和道岔通过工况, 不仅获得这3种典型工况共同作用下的拓扑优化结构, 而且还获得了3种典型工况依次作用下的6种拓扑结构; 对比了优化前后车轮辐板的应力, 并利用有限元工具验证了优化后车轮的辐板应力特性, 证明渐进结构拓扑优化方法的正确性和有效性。研究结果表明: 利用渐进结构拓扑优化方法对轨道车轮的拓扑优化是适用的; 在车轮质量不增加的前提下, 优化后车轮辐板的厚度增加且不等厚, 有效地减小应力集中, 降低结构应力; 对比原双S型车轮, 优化后6种车轮模型的结构性能均有所提升, 分别提高了16.6%、20.7%、22.5%、21.3%、20.1%和19.5%, 其中, 方案3的优化车轮在3种工况下辐板处的最大结构应力分别降低了4.0%、14.5%和6.7%。研究有助于轨道车轮结构强度的提高, 并对多工况耦合作用下轨道车轮结构优化具有重要的参考价值。      

跨座式单轨车辆走行轮偏磨损因子模型研究

走行轮胎偏磨损导致换胎频繁是影响跨座式单轨交通运营成本的重要因素之一. 为快速评估不同单轨车辆设计方案的走行轮胎偏磨损状态,采用因子分析方法分析了影响走行轮偏磨损的10个评价指标,建立了走行轮胎偏磨损因子模型,提出了依据走行轮胎偏磨损因子得分高低评价车辆设计方案优劣的方法. 研究结果发现:影响走行轮胎偏磨损的因子得分排序依次为走行轮纵横向参数因子、导向轮轴距因子、走行轮垂向刚度因子和导向轮垂距因子;建立的走行轮偏磨损因子模型和偏磨损因子得分公式能快速评估不同单轨车辆结构设计方案下的走行轮胎偏磨损状态,从而为跨座式单轨车辆转向架开发设计提供了一种有效的优化设计方法.