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车体钢结构组合优化设计系统

石莹  
【摘要】:铁路运输是我国主要的交通运输方式,在国民经济中起着非常重要的作用。随着列车提速的深入及高速列车的不断发展,人们对车体轻量化的要求越来越高。车辆高速化后容易使轨道变形,而车体轻量化能减轻车辆对线路的冲击,减少钢轨摩耗,对抑制轨道变形很重要,而目前我国列车车体的自重较大,因此车体轻量化成为铁道车辆发展的一个重要方向,是车辆设计永远追求的目标。一般说来,车体轻量化是通过使用轻型材料和优化车体结构两种途径来实现的。由于我国机车车辆工业基础落后,国内的高速列车仍以国产耐候钢为主,因此对车体钢结构进行结构优化成为了车体轻量化的主要途径之一。 本文以梁截面和梁位置拓扑为设计变量,应力、位移为约束条件,对车体钢结构进行优化设计。应用有限元软件MSC.Marc对其进行有限元分析,基于遗传算法的思想建立了车体钢结构的优化模型,利用Marc的单元生死技术实现了梁柱的拓扑优化,弥补以往结构优化中由于无法真正删除构件所带来的麻烦,使得被删除的构件在此次运算中不发挥作用,而在下次运算中可能被恢复;通过改写Marc的输入数据文件实现了梁截面的优化;通过读取Marc的输出数据文件产生了进行遗传优化的判据。将C语言与Fortran语言相结合编制了计算程序系统,实现了对截面变量和拓扑变量这两种不同类型变量的组合优化。应用本系统对车体钢结构进行结构优化设计,实现了对车体结构的可行性设计。此外,本文提出的基于遗传算法的思想对车体钢结构进行组合优化,实现两类设计变量的同时变化,这在当今结构优化中是很少见的,具有广泛的应用前景。


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