基于改進粒子群算法的動車組車體結構優(yōu)化設計研究.pdf

1、高速動車組作為一種新型的交通運輸工具，在中國鐵路客運中起著重要作用，其中車體輕量化優(yōu)化一直是車體設計的重要內容。本文在研究CRH380B型動車組中間車體性能的基礎上，以車體底架為主要研究對象，提出了車體的輕量化優(yōu)化模型;在研究粒子群算法及相關改進方法的基礎上，提出并編制了求解約束問題的改進簡化粒子群優(yōu)化算法;結合MATLAB與ISIGHT優(yōu)化平臺利用改進粒子群優(yōu)化算法對車體結構進行了輕量化優(yōu)化。論文的具體研究內容如下:
　　1、為

2、提高粒子群算法的尋優(yōu)效率，在簡化粒子群算法的基礎上，提出一種融合種群信息的改進策略。僅利用粒子個體最優(yōu)位置與種群最優(yōu)位置更新粒子位置使得算法描述更為簡單，構造一個依賴于種群信息的隨機項以增加種群多樣性，設計自適應控制函數(shù)方程以平衡算法全局探測與局部開發(fā)能力。數(shù)值算例試驗結果表明改進算法在求解約束優(yōu)化問題時在尋優(yōu)能力與收斂速度方面與原算法相比有著明顯優(yōu)勢。
　　2、在分析CRH380B型動車組中間車體結構的基礎上，對車體幾何模型進行

3、了必要的簡化，利用殼單元描述車體的受力特性，建立了比較精細的整車有限元模型;參照歐洲標準EN12663:2000對車體進行了16種工況下的有限元計算，同時也完成了空車的模態(tài)計算，校核了車體靜強度、剛度與模態(tài)，結果表明車體結構符合標準要求。
　　3、以底架邊梁及底架上下蓋板厚度為設計變量，基于ISIGHT多學科優(yōu)化平臺，提取了約束車體靜強度、剛度及模態(tài)所對應的參數(shù)作為輸出響應。利用最優(yōu)拉丁超立方試驗設計得到了輸出響應與設計變量之間對

4、應的樣本點;利用二階多項式響應面模型建立了車體結構的近似模型，分析了參數(shù)靈敏度，計算了近似模型誤差，根據(jù)系數(shù)表得到了輸出響應關于設計變量的多元二次回歸方程。
　　4、在近似模型的基礎上，以車體質量為目標函數(shù)，以車體剛度、強度以及一階垂向共振頻率為約束條件進行輕量化優(yōu)化，分別利用ISIGHT中的粒子群算法與改進算法進行尋優(yōu)求解。對比兩種優(yōu)化結果并進行驗證分析，兩種算法均能在保證車體靜強度、剛度及模態(tài)滿足相關標準的前提下達到車體輕量化