200km/h交流传动机车车体轻量化优化设计

论文摘要

车体轻量化可以减少列车运行阻力,降低列车牵引功率,提高速度,改善环保,降低轴重,减少列车运行时沿线路基的振动、降低了轮轨之间噪声,最终也有利于改善列车的运行品质。近两年我国高速铁路的蓬勃发展,对机车轻量化的要求也越来越高。随着机车速度的提高、功率的增大以及现代化程度的提高,电器设备部分的重量也逐渐增加,这就要求大幅度的减轻机械部分的重量,车体作为一个主要的减重部件,其轻量化设计就成为一个关键的问题,越来越引起人们的关注。本文结合大同机车厂200km/h交流传动机车设计项目,应用ANSYS有限元建模分析软件完成了机车承载结构的有限元建模和静强度分析;在充分调研国内外机车轻量化研究现状的基础上提出了超拉丁方实验设计和可行方向法相结合的组合优化策略,并应用此方法对车体承载结构进行了轻量化优化。结果证明,与传统方法相比,该方法对于求解类似非线性大型复杂结构的轻量化问题具有求解效率高和求解精度好等优点,具有广泛的应用前景。

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 论文立题
• 1.2 轻量化机车国内外发展现状
• 1.3 课题研究的主要内容
• 2 200km/h交流传动机车钢结构设计及有限元模型的建立
• 2.1 车体钢结构设计
• 2.1.1 车体主要结构参数和部件材料
• 2.1.2 主要部件结构方案
• 2.2 有限元模型的建立
• 2.2.1 有限元法简介
• 2.2.2 ANSYS有限元分析软件简介
• 2.2.3 200km/h交流传动机车实体模型的建立
• 2.2.4 车体钢结构的离散
• 2.3 本章小结
• 3 200km/h交流传动机车车体静强度分析
• 3.1 计算载荷工况的选取及边界条件的施加
• 3.1.1 计算载荷的选取
• 3.1.2 计算载荷和约束的处理
• 3.2 车体强度评定标准
• 3.3 车体静强度计算分析
• 3.3.1 工况1下的静强度计算分析
• 3.3.2 工况2下的静强度计算分析
• 3.3.3 工况3下的静强度计算分析
• 3.3.4 工况4下的静强度计算分析
• 3.4 本章小结
• 4 车体优化模型的建立与优化方案设计
• 4.1 优化设计的数学模型
• 4.1.1 优化设计数学模型的构成三要素
• 4.1.2 轻量化结构优化设计数学模型
• 4.2 200km/h交流传动机车车体优化模型的建立
• 4.2.1 目标函数的确立
• 4.2.2 状态变量的设置
• 4.2.3 设计变量的选择
• 4.3 200km/h交流传动机车车体优化方案设计
• 4.3.1 采用超拉丁方实验设计进行优化设计的研究
• 4.3.2 采用可行方向法进行优化设计的研究
• 4.3.3 “超拉丁方+可行方向法”组合优化策略的提出
• 4.3.4 采用“多岛遗传算法”进行优化设计的研究
• 4.4 本章小结
• 5 优化方案的实施及分析
• 5.1 iSIGHT优化设计平台优化设计流程
• 5.2 采用“超拉丁方+可行方向法”的优化设计
• 5.2.1 采用“超拉丁方+可行方向法”的优化历程
• 5.2.2 采用“超拉丁方+可行方向法”的优化结果及分析
• 5.3 采用多岛遗传算法的优化设计
• 5.3.1 采用多岛遗传算法的优化历程
• 5.3.2 采用多岛遗传算法的优化结果及分析
• 5.4 两种优化策略优化结果对比分析
• 5.5 参数的圆整和有限元重分析
• 5.5.1 参数的圆整
• 5.5.2 有限元重分析
• 5.6 优化后的车体模态分析
• 5.7 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 已完成的工作
• 6.2 对未来的展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集