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原文传递粒子群算法的改进及其在CRH3型动车组结构优化的应用研究

论文题名：	粒子群算法的改进及其在CRH3型动车组结构优化的应用研究
关键词：	高速动车组;车体底架;轻量化设计;粒子群算法
摘要：	高速动车组作为速度最快的陆上交通运输工具，在我国铁路客运中起着重要作用。按照“引进先进技术，联合设计生产，打造中国品牌”的要求，高速动车组的国产化工作正在顺利进行。本着让材料物尽其用的原则，车体轻量化优化一直是车体设计的重要内容。本文在研究CRH3型动车组TC02车车体性能的基础上，以车体底架为主要研究对象，利用Hypermesh和ANSYS软件建立了车体的轻量化优化模型;提出一种动态惯性权重的改进粒子群算法，使用MATLAB软件编制算法结构，完成了无约束优化例题和约束优化例题测试试验，将改进算法应用于CRH3型动车组结构轻量化优化设计中，得出车体轻量化优化方案。论文的具体研究内容如下: 　　1.为了改善粒子群算法进化后期收敛速度慢且易陷入早熟的缺陷，对粒子群算法提出改进。首先构造种群迭代成功率作为反馈参数，动态改变惯性权重的值，以此调节PSO的全局与局部搜索能力，提高算法收敛性能;其次，当PSO发生早熟时，引入混沌干扰因子，增加种群粒子的多样性，改善PSO易发生早熟的缺陷。通过4个无约束优化例题和4个约束优化例题完成算法有效性测试试验，结果证明改进后算法在求解多峰函数时的精度显著提高，在求解约束优化问题时，具有较强的全局寻优能力。　　2.首先通过图纸和模型数据充分了解CRH3型车TC02车车体结构，对车体几何模型进行适当的简化，选用壳单元和梁单元等表现车体的受力特性，车上的零部件使用质量单元简化到其实际安装位置，建立车体有限元模型。参照欧洲标准EN12663:2000，利用建立的CRH3型车TC02车有限元模型，完成了车体在14种工况下的静强度、刚度与模态有限元计算，计算结果表明车体结构符合标准要求。　　3、以底架上下盖板厚度、底架筋板厚度和底架边梁各板厚为设计变量，利用ANSYS的输出文件，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。在ISIGHT优化平台中，利用最优拉丁超立方试验设计方法，完成样本点的采集，利用神经网络(RBF/EBF)方法建立了CRH3型车TC02车车体结构的近似模型，计算近似模型误差，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TC02车车体质量为目标函数，以车体强度、刚度以及一阶垂向共振频率为约束条件，求使车体质量最小的车体轻量化优化设计方案。将新型粒子群算法与Isight中的粒子群算法分别应用于CRH3型车TC02车车体的轻量化求解，对比两种优化结果，结果表明两种算法均能在保证车体性能的前提下达到车体轻量化的目的，但改进算法在寻优速度与寻优能力上具有一定的优势，并依据改进算法的优化结果提出了优化方案。
作者：	王婵
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：	2018
正文语种：	中文