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原文传递车轮踏面外形的多目标动态优化

论文题名：	车轮踏面外形的多目标动态优化
关键词：	车轮踏面;NURBS曲线;蛇行稳定性;代理模型;多目标优化
摘要：	车辆在轨道上运行时，二者之间的相互联系通过轮轨接触来实现，因此踏面外形对于车辆本身的性能具有十分重要的意义。好的车轮踏面外形不仅可使车辆具有良好的抗蛇行稳定性、防脱轨安全性，还可以降低轮轨磨耗。近年来，我国轨道车辆多使用磨耗型踏面，相比于早期的锥形踏面，磨耗型踏面很大程度上提高了车辆运行的稳定性，并延长了车轮的使用寿命。然而，车轮磨耗不均匀的情况仍然发生，因此磨耗型踏面仍有一定的改善空间。　　基于NURBS（非均匀有理B样条曲线）理论，建立了以权因子和控制点坐标作为设计变量的踏面几何外形参数化模型。以LM踏面为研究对象，根据各设计变量对踏面的接触几何关系特性的影响，确定多目标优化的设计变量及取值范围。根据地铁B型车车体结构建立了用于车辆稳定性及曲线通过性能仿真的多体动力学模型。基于Isight中的Approximation模块建立了所选优化设计变量与非线性临界速度、轮轨磨耗、脱轨系数、轮轨横向力、轮轨垂向力的代理模型。以车辆的非线性临界速度、轮轨磨耗作为目标函数，以脱轨系数、轮轨横向力、轮轨垂向力作为约束条件，建立了LM踏面的多目标优化模型。根据地铁B型车辆的运行实际情况，设计了不同的目标函数权重系数，基于所建立的踏面多目标优化模型，结合Pareto方法，得到3种踏面设计方案——LMO1、LMO2、LMO3。对各优化方案进行动力学验证，并进行适应性分析。结果表明，部分方案适用于小半径曲线、低速工况，部分方案适用于高速工况。　　本文所做的研究工作及研究成果表明，基于NURBS方法的参数化模型可以有效地减少设计变量的个数，提高优化效率;Pareto遗传算法可以有效处理车辆的直线运行稳定性与曲线通过能力两个优化目标间的矛盾关系;通过代理模型的方法，降低了计算量。基于以上方法综合而成的多目标优化模型可以有效提高踏面设计的效率，快速获得各方面性能相对均衡的踏面外形。
作者：	崔檬
专业：	载运工具运用工程
导师：	柳拥军
授予学位：	硕士
授予学位单位：	北京交通大学
学位年度：	2016
正文语种：	中文