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基于轻量化的CRH3型动车组底架结构优化设计
| 论文题名： | 基于轻量化的CRH3型动车组底架结构优化设计 |
| 关键词： | 电动车组;底架结构;轻量化设计 |
| 摘要： | 高铁已成为“中国速度”的象征和“走出去”的名片，为响应国家大力提倡的节能号召，让材料物尽其能成为如今设计的主要思想。本论文对中国高速铁路动车组CRH3型车进行了轻量化设计，并在此基础上进行形状优化旨在弥补轻量化设计带来的刚度削减。具体工作及相关结论如下: (1)根据厂家提供的中国高速铁路动车组CRH3型车三维模型，对其进行合理简化，利用HyperMesh软件对车体进行有限元模型的建立; (2)根据EN12663:2000标准中的规定，对有限元模型进行10余种工况下的计算，通过对每个工况下的等效应力和位移值的分析验证了模型的准确性; (3)由于在最初建立有限元模型时，网格大小控制在70mm左右，为了进一步确认模型的精准性，又使用ANSYS子模型分析模块针对容易出现应力集中的部位建立了网格细化的子模型，将原模型的计算结果通过插值法施加到子模型边界上，对比子模型与原模型分析结果，两种模型结果中应力云图分布一致，表明原模型的准确性和可靠性; (4)根据以上分析结果，首先使用Isight集成ANSYS软件，以底架厚度为设计变量、刚度等为约束条件、质量最轻为目标函数进行轻量化设计;然后以底架筋板的位置为设计变量、质量等为约束条件、刚度和最大等效应力等响应为多目标函数进行形状优化设计来弥补轻量化带来的刚度损失。两个优化过程都需要先进行试验设计采取样本点，通过对结果的分析得到所有参数的贡献率，以便在优化时删除不重要的参数以提高优化效率;接下来利用样本点建立近似模型并进行误差分析来判别其是否被接受;若采用，则两次优化分别选用自适应模拟退火算法和NSGA-Ⅱ算法完成; (5)将优化计算得到的结果带入到原模型中重新校核是否符合设计要求，并将仿真结果与优化算法结果进行对比，分析优化算法的误差。 本文中先是对底架板材厚度进行尺寸优化设计得到轻量化结果，轻量化与刚度是一对矛盾体，轻量化设计使得车体质量由原来的10.341t降低到9.362t，相当于减重了9.4％，同时相当垂向弯曲刚度降低了9％，相当扭转刚度降低了6％;而经形状优化对刚度的弥补之后，相当垂向弯曲刚度提高了6％，相当扭转刚度提高了4％，都有了一定程度的提高。通过优化结果与校核结果的误差分析，也说明了优化算法选取的准确性。对今后高速动车组进一步创新提供了一定的参考价值。 |
| 作者： | 赵宁 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 吴作伟 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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