标准化动车组中间车体侧墙轻量化与结构优化设计

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1、万方数据中文摘要摘要：随着资源紧缺问题的日益突出，结构轻量化越来越受到设计者的重视，其中性能和材料的使用之间的权衡是结构优化永恒的话题。本文通过验证标准化动车组中间车体结构强度、弯曲刚度、扭转刚度及模态，以车体侧墙为研究对象。以车体质量最轻为目标进行了单目标和多目标两种优化方案多工况优化探讨，并在尺寸优化结果的基础上进行了侧墙筋板角度的形状优化设计。本文的主要内容有：(1)对结构复杂的车体进行了适当合理的简化，建立了标准化动车组中间车体的有限元模型。(2)针对标准化动车组M02车体结构，依据ENl2663：2000的相关要求，对其进行了11种主要组合工况下的有限元强度、刚度及模态分

2、析，了解车体的相关性能。(3)利用ISIGHT优化平台通过组件Simcode集成ANSYS软件，完成了以侧墙型材厚度为设计变量、以车体质量为目标的单目标和以车体质量以及车体刚度特性为目标的多目标两种优化方案的多工况优化。首先用试验设计方法对设计变量进行样本抽取，并得到设计变量对各响应性能的灵敏度；然后用基于近似模型的多岛遗传算法与梯度优化算法NLPQL相结合的优化策略对车体质量进行单目标优化，效果明显且优化效率较高，运用多岛遗传算法进行多目标优化，并对两种优化方案的结果进行强度，刚度校核，并对比两种优化方案优化后车体的弯曲刚度、扭转刚度及一阶垂向弯曲振动频率，考虑到综合性能，认为多

3、目标优化结果更适合车体的运行。(4)在多目标基础上，利用网格变形技术建立网格变形控制域实现对侧墙筋板网格的控制。通过ISIGHT批处理的形式通过组件Simcode集成HyperMesh及ANSYS进行分析，以车体的刚度和一阶垂向弯曲振动频率为目标函数，最终得到了合理的侧墙筋板角度布局，优化后弯曲刚度、扭转刚度及一阶垂向弯曲振动频率都有一定的改善。本文的研究内容为高速列车车体的结构分析和大型结构优化设计问题提供了一定的参考价值，也为机车车辆优化设计的深入研究打下了一定的基础。关键词：车体侧墙；强度分析；试验设计；近似模型；网格变形控制：单目标优化；多目标优化；V万方数据些墨坠曼!AB

4、STRACTABSTRACT：Withtheproblemofresourceshortageincreasinglyprominent，thedesignoflightweightgetmoreandmoreattentionbydesigners，inwhichitisapersistenttopicthatthetrade-offbetweentheperformanceimprovingandmaterialusing．Inthisarticle，structuralstrength，stiffnessandmodalofCEMUvehiclebodywereanalyze

5、dforverification．regardingthebodysidewallastheresearchobject．Toacquirethelightestbodyquality,itemployssingleobjectiveandmulti—objectiveoptimizationtoexploremorethantwokindsofoptimizationconditions，andconductstheshapeoptimizationdesignofsidewallreinforcementplateangleonthebasisofsizeoptimizatio

6、nresults·Themaincontentsofthisarticleinclude：(1)Consideringthebodyshellcomplex，itestablishesthefiniteelementmodelofthemiddlevehiclebodyaftersimplifiedappropriatelyandreasonably．(2)AccordingtoENl2663：2000，itanalyzesstrength，stiffnessandmodalin1kindsofmainconditionstounderstandtheinfluenceofcarb

7、odyrelatedperformance．(3)UsingsimcodeinISIGHTintegratedANSYS，itaccomplishesthesingleobjectiveandmulti．objectiveoptimizationwiththethicknessofsidewallasthedesignvariables，thelightestbodyqualityastheobjective．Firstly，itusesexperimentaldes