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基于改进粒子群算法的动车组车体结构优化设计研究
| 论文题名： | 基于改进粒子群算法的动车组车体结构优化设计研究 |
| 关键词： | 动车组;车体结构;轻量化设计;强度分析 |
| 摘要： | 高速动车组作为一种新型的交通运输工具，在中国铁路客运中起着重要作用，其中车体轻量化优化一直是车体设计的重要内容。本文在研究CRH380B型动车组中间车体性能的基础上，以车体底架为主要研究对象，提出了车体的轻量化优化模型;在研究粒子群算法及相关改进方法的基础上，提出并编制了求解约束问题的改进简化粒子群优化算法;结合MATLAB与ISIGHT优化平台利用改进粒子群优化算法对车体结构进行了轻量化优化。论文的具体研究内容如下: 1、为提高粒子群算法的寻优效率，在简化粒子群算法的基础上，提出一种融合种群信息的改进策略。仅利用粒子个体最优位置与种群最优位置更新粒子位置使得算法描述更为简单，构造一个依赖于种群信息的随机项以增加种群多样性，设计自适应控制函数方程以平衡算法全局探测与局部开发能力。数值算例试验结果表明改进算法在求解约束优化问题时在寻优能力与收敛速度方面与原算法相比有着明显优势。 2、在分析CRH380B型动车组中间车体结构的基础上，对车体几何模型进行了必要的简化，利用壳单元描述车体的受力特性，建立了比较精细的整车有限元模型;参照欧洲标准EN12663:2000对车体进行了16种工况下的有限元计算，同时也完成了空车的模态计算，校核了车体静强度、刚度与模态，结果表明车体结构符合标准要求。 3、以底架边梁及底架上下盖板厚度为设计变量，基于ISIGHT多学科优化平台，提取了约束车体静强度、刚度及模态所对应的参数作为输出响应。利用最优拉丁超立方试验设计得到了输出响应与设计变量之间对应的样本点;利用二阶多项式响应面模型建立了车体结构的近似模型，分析了参数灵敏度，计算了近似模型误差，根据系数表得到了输出响应关于设计变量的多元二次回归方程。 4、在近似模型的基础上，以车体质量为目标函数，以车体刚度、强度以及一阶垂向共振频率为约束条件进行轻量化优化，分别利用ISIGHT中的粒子群算法与改进算法进行寻优求解。对比两种优化结果并进行验证分析，两种算法均能在保证车体静强度、刚度及模态满足相关标准的前提下达到车体轻量化的目的，但改进算法寻优的精度更高、速度更快、迭代次数更少，并依据改进算法的优化结果提出了优化方案。 |
| 作者： | 刘汉文 |
| 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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