基于协同优化算法的高速受电弓多学科设计优化

考虑不同学科间的相互影响及耦合作用对受电弓设计优化的影响,分析了高速受电弓不同性能的设计要求,采用多学科设计优化思想建立了受电弓多学科设计的系统级优化模型及运动学、静力学、动力学和控制学的子系统优化模型;根据不同学科设计参数的耦合关系,采用协同优化方法,获取高速受电弓整体设计优化结果;建立受电弓的三维模型,采用有限元软...     

[设计与优化]基于协同优化算法的高速受电弓多学科设计优化

考虑不同学科间的相互影响及耦合作用对受电弓设计优化的影响,分析了高速受电弓不同性能的设计要求,采用多学科设计优化思想建立了受电弓多学科设计的系统级优化模型及运动学、静力学、动力学和控制学的子系统优化模型;根据不同学科设计参数的耦合关系,采用协同优化方法,获取高速受电弓整体设计优化结果;建立受电弓的三维模型,采用有限元软件ANSYS验证了受电弓优化结果的有效性。结果表明：受电弓多学科协同设计优化不仅满足系统级和各个学科的设计要求,还获得高速受电弓系统的整体最优解或满意解,提高了受电弓的工作性能,降低了弓网接触力的波动,改善了弓网受流质量。     

基于弓网接触力优化的主动控制式受电弓研究及设计

为改善高速动车组用受电弓弓网受流质量,提出并设计了一种基于弓网接触力优化的主动控制式气囊受电弓,该受电弓通过在线调节气囊气压,提高了弓网受流稳定性。     

受电弓动态参数的研究

受电弓与接触网的良好接触是产生稳定接触力的关键,而接触力的稳定与否又是衡量高速铁路受流的重要条件,文中通过对接触网和受电弓动态参数的分析,给出了弓网系统各参数变化时接触力的不均匀系数直观图。     

弓网接触力长短时记忆网络预测的受电弓主动控制与仿真

针对列车高速行驶时弓网系统接触力波动剧烈影响受流质量的问题,充分利用长短时记忆网络对时序预测的优势,提出了弓网接触力长短时记忆网络预测的受电弓主动控制方法.首先以二元受电弓模型作为研究对象,建立其动力学方程,并对其模型进行仿真得到接触力波动数据.然后,将仿真得到的接触力数据作为训练样本输入长短时记忆网络中建立预测模型,...     

高速受电弓整体结构特性分析

受电弓整体结构分析对于改进受电弓的设计,提高受电弓的性能,具有重要意义。为保证良好的受流质量,新型高速受电弓大量采用轻型合金材料制作,这可能导致机械强度和刚度的不足。在满足强度与刚度的前提下,最大限度减小受电弓归算质量,以改善弓—网动态性能是受电弓设计的关键问题。文中结合受电弓的开发过程,建立三维仿真模型,利用有限元计算软件Ansys,进行受电弓的强度和刚度校核以及动力特性分析。研究受电弓动力特性的目的在于优化其结构,以控制其模态频率与模态振型,对受电弓的设计具有指导意义。通过对受电弓有限元分析,进行虚拟设计,首次进行高速受电弓的整体结构特性分析。     

某高速受电弓上框架长期服役后模态特性研究

高速列车在运行过程中速度、加速度的变化以及其他的一些诱因,会使受电弓在服役过程中产生共振,可能导致受流质量的降低和弓网离线等严重问题。对受电弓进行模态试验,获得其固有频率和模态振型,对受电弓的安装以及后续的优化设计有着重要的指导作用。针对某型高速受电弓,通过DHDAS软件平台,分别对长期服役后有、无裂纹的两个受电弓上框架进行模态试验,获得其固有频率和模态振型,试验结果表明：裂纹的产生对上框架的振动特性有一定的影响。     

高速列车受电弓区车内噪声研究与控制

针对高速列车受电弓区噪声相对较高的问题,提出受电弓减振安装方案,并在模拟实车环境下验证了其降噪效果和可靠性。首先,在某高速列车上进行了线路运行条件下受电弓区振动和噪声测试,分析发现结构振动是该区域噪声传播的重要方式,设计了一种独特的锥形椭圆结构减振座,用于受电弓弹性安装;其次,搭建了模拟现车试验台,验证减振座的降噪效果;最后,进行了总计252万次的疲劳试验以验证减振座的可靠性。试验结果表明,该减振座能够有效减小受电弓振动对车体的激励,从而降低该区域的噪声,降噪效果约为4dB(A),其疲劳可靠性能够满足线路运行要求。     

受电弓动态参数研究

建立了受电弓与接触网的数学模型，用广义坐标法，推导了受电弓－接触网耦合系统运动方程，用Matlab语言编制了仿真计算程序，根据仿真计算结果分析了受电弓各动态参数对受流质量的影响，得到了受电弓的优选参数。     

低速单臂受电弓结构参数的优化设计

在建立单臂受电弓结构数学模型的基础上,以保持受电弓与电网良好接触作为约束条件,以弓头的升弓轨迹、所需升弓转矩以及弓头平动姿态为目标．运用多目标优化技术对某低速单臂受电弓结构参数进行优化设计,得到了使受电弓性能达到最优的设计参数;在建立单臂受电弓三维模型的基础上．运用虚拟样机技术,对受电弓的性能进行仿真分析-将仿真结果和优化结果进行比较分析．进一步验证了优化结果与优化方法的正确性。     

Performance evaluation and design optimization using differential evolutionary algorithm of the pantograph for the high-speed train

The global trend in the railway industry is the effort to increase the maximum speed and stability of a train. For an electric railway vehicle to meet this driving performance, stable electric power should be supplied by a catenary system. Various factors affect the current collection performance, most important of which is the dynamic characteristics of a pantograph. In this paper, the sensitivity analysis and design optimization of a pantograph for a high-speed train were conducted using a finite element method. The dynamic catenarypantograph interaction was analyzed by using the commercial finite element analysis software, SAMCEF. The pantograph was modeled as a three degrees of freedom mass-spring-damper system, and the pre-sag of the contact and messenger wire due to gravity was implemented. The span data of a high-speed line was applied in the analysis model. And the dynamic characteristics of the pantograph model were obtained by a performance test. The reliability of the simulation model was verified by comparing the analysis contact force results with the test data. By simulation, the mean contact force and its standard deviation etc. were evaluated, and then sensitivity of the pantograph was analyzed. Based on the sensitivity analysis results, the specification of the pantograph was optimized. In the optimization process, response surface analysis and differential evolutionary algorithm were applied to define the regressive function and to determine the optimum values for stable current collection performance. Finally, the improvement of the current collection performance was verified by comparing the optimum specification results with the original specification.     

Identification of key design parameters of high-speed train for optimal design

As a complex mechatronic system, the running stability, safety, and comfort of high-speed train are affected by many design variables. It is of great difficulty to identify a set of effective design parameters to optimize its running performance. The current simulation systems like the SIMPACK can simulate the running dynamics, but cannot be used effectively for optimal design of the train and rail system because there are too many design variables being supposed to be dealt with. Therefore, there is a need to make a software solution from simulation analysis to optimal design so that the computer-aided design (CAD) and engineering (CAE) can be integrated into an integral design process. This paper presents a new method to identify the key design variables against the running performance indicators based on the sensitivity analysis, which in turn bases itself on simulation-oriented surrogate models. In this way, the optimal design of a high-speed train can be successfully conducted because (1) the surrogate model can reduce the simulation time greatly and (2) the design variable space with the key variables will be reduced significantly. The research shows that this method is of practical significance for speeding up the design of high-speed train or similar complex mechatronic systems.     

参数优化方法在轻质反射镜结构设计中的应用

介绍了一种对反射镜轻量化结构进行优化设计的方法。利用ANSYS软件对采用扇形开口孔轻量化的某遥感器主反射镜建立参数化结构模型,将对反射镜力学性能影响较大的某些结构参数如镜体厚度、扇形孔的位置、尺寸等指定为优化设计变量,根据反射镜的加工和装配工艺合理地确定这些结构设计变量的可行域,运用ANSYS优化设计模块提供的零阶优化方法对镜体结构进行了优化设计。力学分析表明,经过优化后的反射镜结构相比于原设计方案轻量化程度更高,静力学性能更好。     

高速铣削GH3039高温合金的切削用量研究

GH3039是一种镍基高温合金,对其切削加工时会产生很大的切削力,以至于对刀具磨损、加工精度和生产效率等均产生很大的影响。针对上述问题,提出使用硬质合金刀具来加工这种材料,利用线性回归方法,建立GH3039高温合金的铣削力模型,并通过极差分析得到合理的切削用量,为GH3039高温合金的实际铣削加工提供参考依据。     

空间圆柱凸轮曲线和齿轮结构参数的反求设计

根据空间圆柱凸轮的结构特征、使用和工作特性等要求,提出了利用光滑型、保形性能好的三次参数样条曲线拟合测量数据的圆柱凸轮曲线反求设计方法,介绍了圆柱凸轮齿轮部分齿形测量的基本内容,研究了齿轮结构参数和齿轮精度反求分析的基本方法,反求设计后的圆柱凸轮类产品已实现批量化生产.     

高速精密剪切设计及其关键技术研究

根据电液锤的高速锻压原理,设计开发了液气驱动的高速精密剪切机,论述了其工作原理和结构特点。通过分析其运动过程,确定了剪切机在下降过程及回程中的主要技术参数,设计了液气驱动的高速精密剪切机的液压与气压系统,并介绍了其系统的动作顺序,完成了在高速运动情况下密封件的选择和设计,成功解决了设备漏油的现象,提高了密封件的寿命和设备的利用率,同时设计开发出了增加棒料约束的套筒剪切模具。所设计的剪切机具有剪切效率高、操作方便、所用剪切模具简单的特点,应用推广前景广阔。     

电控喷油器关键结构参数的匹配优化研究

针对电控喷油器动态响应性能需要改善的问题,运用Ansoft Maxwell电磁场仿真软件建立了喷油器的计算模型,对包括轭铁厚度、铁芯外径、衔铁长度、工作气隙、线圈匝数和线圈电阻在内的关键结构参数对其动态响应性能的影响规律进行了研究,在此基础上以各关键结构参数作为设计变量,开启滞后时间和落座滞后时间作为目标函数建立了相应的优化模型,通过遗传算法对这些结构参数进行了匹配优化,并通过仿真和试验的方法对该优化方案的有效性进行了验证。研究结果表明,经过优化后电控喷油器的开启滞后时间和落座滞后时间分别缩短了33.1%和37.1%,其动态响应性能得到了提高。     

面向结构形状控制的驱动器结构参数与控制电压协同优化设计

飞机翼面结构形状的控制设计是提高飞机性能的关键技术。本文以压电纤维复合薄膜（Microfiber Composite,MFC）为驱动器,研究了协同优化设计MFC驱动器结构参数与控制电压以使飞机翼面结构具有理想形状的方法。以MFC的电极宽度、电极指间距、MFC厚度、压电陶瓷体积分数等驱动器结构参数以及控制电压为设计变量,以控制偏差最小为优化目标,以驱动器的击穿电压为约束,建立了驱动器结构参数与控制电压协同优化设计的模型;通过分析MFC驱动器结构参数对驱动性能的影响,给出了最优的驱动器结构参数;针对类似机翼翼面形状的平板扭转型面,给出了驱动器结构参数与控制电压协同的最优控制设计。设计结果表明：对于扭转变形,多个不同控制电压控制的型面均方差是相同控制电压控制均方差的45%,分析结果验证了本文所建立的协同优化设计方法的有效性。     

基于RODS的双斜齿轮泵结构参数优化设计

斜齿齿轮泵在保持直齿齿轮泵优点的基础上降低了压力脉动和躁声,但流量脉动性能没有得到明显改善。双斜齿轮在满足一定参数关系和装配关系的条件下,能有效改善瞬间排量和流量脉动,更具优良性能。基于VC软件,构建稳健优化设计系统(RODS),通过RODS设计平台实现双斜齿轮泵结构参数的优化设计,分析建立两个约束条件,分析可控因素,建立优化目标,分析约束条件,并优化求解,使双斜齿轮齿泵的流量脉动最小的同时,满足其它限制条件。     

基于有限元法的链板结构设计研究

为了研究滚子链链板"8"字型结构的合理性,本文在ISO 08B型链条链板结构形式基础上对链板选择了5种不同的结构形式,并进行了有限元分析。通过有限元分析发现上下链板孔附近半"8"字型区域应力较大,而其它区域应力相对较小,综合考虑减小链条的单位长度质量、降低链板用材量、提高链条运行平稳性及降低链条运行的噪音等因素后,得出"8"字型结构是链板最佳结构形式,为链板结构设计提供了理论依据。