基于单元生死功能的转向架构架拓扑优化设计

为了更好地实现转向架构架的轻量化设计,根据设计经验,采用渐进结构优化法(ESO)的基本思想,通过对ANSYS单元生死功能的二次开发,应用APDL(ANSYS Parametric Design Language)编制拓扑优化程序,以直观的有限元模型代替复杂的拓扑优化的数学模型,提出了一种构架拓扑优化设计的工程方法。通过方法优化,使某高速动力车转向架构架在疲劳强度符合要求的前提下,结构应力趋于均匀分布,质量减少了143.92kg。结果表明,提出的方法是有效的和可行的,具有一定的工程实用价值,为设计提供依据。     

高速列车转向架的主动稳定性研究

提出了基于构架横向振动的高速列车稳定性主动控制方法,讨论了采用惯性作动器控制构架横向振动,以及对动力转向架驱动系统采用主动弹性悬挂这两种实施方式.以车辆蛇行稳定性指标和控制力作为两个目标函数,利用遗传算法(NSGA-II)来优化控制参数和驱动系统悬挂参数.研究表明构架横向振动控制可以有效地提高转向架蛇行稳定性.同时发现当直接反馈构架状态实现构架振动控制时,控制系统时滞易导致系统失稳,因此提出一种通过反馈附加振子状态的方法来减小时滞的影响,合理的附加振子悬挂参数有利于提高车辆系统稳定性.较硬的附加振子可提高转向架控制系统的蛇行临界速度裕度,但会导致控制系统在一定的时滞内出现不稳定的现象.因此,在优化附加振子悬挂参数时,必须同时兼顾转向架蛇行稳定性和控制系统稳定性.本文对于涉及的350 km/h高速列车转向架,得出了附加振子的最佳固有频率和阻尼比.     

基于NSGA-II和SVDD的转向架构架异常状态监测

转向架构架状态监测是保证轨道车辆安全运营的重要途径.研究提出了一种基于NSGA-II和SVDD的转向架构架异常状态监测方法,针对构架异常状态下样本集的随机多样和不确定性,引入SVDD算法,以构架正常状态的样本集构建SVDD超球体模型对多工况条件下构架的异常状态进行识别.同时以SVDD超球体半径定义优化目标函数f1(传感器数量)和f2(超球体聚类指标),并基于NSGA-II算法对传感器分布进行了优化.在此基础上,搭建转向架构架状态监测实验平台,对多工况条件下构架的异常状态识别进行研究.结果表明:①经优化后的传感器分布方案能有效获取转向架构架状态监测数据,当优化方案中传感器数量达到3时,识别率达到91.33％;②以转向架构架正常状态样本集构建的SVDD模型对异常状态具有很好的识别效果.     

ANSYS在轻轨车转向架构架结构强度设计中的应用

轻轨车转向架构架是整体转向架的主体部件,承受各安装部件的工作载荷以及牵引、制动和惯性力.其可靠性、平稳性直接影响机车的运行安全,所以必须对新设计的转向架构架进行计算分析,以保证满足一定的强度、刚度要求.     

基于子结构和模式重复的地铁车辆座椅支架 拓扑优化

针对地铁车辆座椅模型加载范围广和座椅支架结构对称的特点,在进行地铁车辆座椅支架拓扑优化时,采用SIMP理论建立数学模型,同时引进子结构和模式重复方法,优化得到符合设计要求的结构。对比结果认为：优化后的地铁车辆座椅支架质量减轻49%,地铁车辆整体的强度性能增强,可达到地铁车辆座椅支架轻量化的目标。     

轨道扣件弹性垫板结构优化设计

采用OptiStruct对某型铁路扣件轨下垫板进行拓扑优化和自由形状优化,实现垫板结构轻量化设计.根据优化空间最大化原则,对垂向载荷工况进行拓扑优化、对极限载荷工况进行自由形状优化.使用Abaqus极限载荷扣件系统仿真模型对优化后垫板结构性能进行验证评价.结果表明:优化后的垫板性能基本不变,质量减少约10%,刚度满足设计要求.优化结果可为垫板轻量化设计提供参考.     

上海A型地铁车辆弹性车体与转向架耦合振动分析

基于上海A型地铁车辆弹性车体有限元模型,建立弹性车体的刚柔耦合动力学模型,用其研究车体垂向弹性对运行平稳性的影响,分析弹性车体与转向架的耦合振动,探究车体弹性共振的机理.结果表明,在车体刚度低的情况下,该型地铁车辆车体弹性对车辆运行平稳性影响较大;车体的弹性共振并非由车体与转向架耦合振动引起,在车辆悬挂及车体的设计过程中应当考虑几何滤波现象引发车体弹性共振对车辆平稳性的影响。     

转向架齿轮箱吊杆的优化设计

针对某转向架齿轮箱吊杆开发设计过程中吊杆原始结构工作安全因数过大的问题,为进行轻量化设计,基于OptiStruct采用拓扑优化结合自由形状优化的方法对吊杆进行优化设计.优化后吊杆的质量减轻约38.3%,其工作安全因数和刚度满足要求.     

采用小波变换和盲源分离的电机轴承故障诊断

针对地铁车辆转向架牵引电机轴承故障,提出一种结合小波变换和盲源分离的轴承故障识别方法.首先从原始信号频谱中判断轴承高频共振信号的大致频带范围以确定小波分解层数;其次利用小波分解提取轴承高频共振信号成分;然后利用盲源分离方法从小波分解后的重构高频信号中分离故障特征信号;最后对故障特征信号进行Hilbert解调并通过包络谱分析提取故障特征频率.对上海地铁某型地铁车辆转向架牵引电机进行试验,试验结果证明该方法能清晰、准确地识别轴承故障特征.     

车体和构架的弹性对构架动载荷和动应力的影响

以无摇枕结构转向架车辆为例,建立将车体和构架分别考虑成刚体或弹性体的4个动力学分析模型,进行多个速度级下的动力学分析以及构架的动应力响应分析,给出对比分析结果,根据分析结果对考虑车辆部件弹性动力学模型的建立提出建议.     

A型地铁车内噪声分析和优化

为研究轨道车辆轻量化带来的车内振动噪声问题,基于某A型地铁车辆的有限元模型,建立其声学计算模型,以车体板件频率响应的振动位移结果作为声学激励,在车内布置ISO标准场点进行车内噪声分析.结果显示,车内各点声压级在频域上分布极不均匀,且普遍存在几个较大的峰值.分析目标板件的振动,提出几种减振降噪的优化方案.对比各方案发现,增加板件强度后振动和噪声都相应地减小;减振降噪需综合考虑优化后车体的整体强度和动力学性能.     

Lightweight flatbed trailer design by using topology and thickness optimization

A new design for a lightweight flatbed trailer with high bending stiffness and torsional frequency is presented. The design procedure consists of two main steps: topology optimization and thickness optimization. During topology optimization, a creative frame layout different from existing ladder-type frames can be obtained by searching the best layout out of all possible layouts of a simplified design domain model. After approximating the result of topology optimization as a thin-walled structure, the approximated thicknesses of the plates are optimized to minimize the mass of a trailer. The bending stiffness and torsional frequency obtained by topology optimization are set as design constraints for thickness optimization. Due to the closed cross-section, the optimized trailer can efficiently increase the stiffness-to-mass ratio to a large extent. Discrete thicknesses are employed as design variables for thickness optimization so that the thicknesses of the plates of a trailer can be included in those of commercially available high-strength steel products. The final model has a 29% reduction in total mass, a 21% decrease in mean compliance with a uniform bending load, and a 169% increase in torsional frequency.     

基于拓扑优化的四旋翼无人机结构设计

为实现某四旋翼无人机的轻量化结构设计,采用Inspire进行拓扑优化设计,并对获得的拓扑优化结构进行静力分析和动力学分析。分析结果表明,通过拓扑优化方法获得的无人机结构应力分布合理,结构位移小且频率较高,满足静态和动态结构设计要求。研究结果可为实现低成本、轻量化的四旋翼无人机结构设计提供一条新的途径。     

基于隐式参数化的车身多学科轻量化设计

为实现整车综合性能的快速方案验证和优化设计,在新车型设计阶段构建车身隐式参数化模型,并对其进行模态、刚度和安全等综合性能计算,验证参数化模型的有效性。基于灵敏度分析、试验设计（design of experiments, DOE）方法和近似模型优化等策略,对某白车身进行多学科轻量化设计。优化设计结果表明,白车身的模态、刚度和安全性能均满足设计要求。