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61T集装箱平车车体结构形状优化策略研究

作　者: 余成树
导　师: 吴作伟
学　校: 北京交通大学
专　业: 车辆工程
关键词: 结构优化 轻量化 试验设计 近似建模 组合优化
分类号: U272.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
下　载: 174次
引　用: 1次
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内容摘要


本文以结构优化设计理论和方法为基础,利用ISIGHT软件对集装箱专用平车车体结构进行了轻量化的优化设计。整个优化流程调用了两个仿真程序—ANSYS及HYPERMESH,其中ANSYS软件用来建立车体底架的有限元模型,HYPERMESH软件移动底架各梁的位置,而ISIGHT则驱动ANSYS和HYPERMESH仿真程序,在循环过程中修改设计变量,直到搜索到满足车体强度和刚度要求的最优设计。针对大型工程结构设计变量多、设计空间复杂、结构分析所需时间长的困难,本文研究了结合试验设计和近似模型的技术来降低优化规模,缩短优化时间,本文通过正交试验设计找到了对质量刚度影响较大的17个板材厚度设计变量和3个形状位置变量,并找到了粗略的优化解,然后在此基础上基于多种群遗传算法进行了全局寻优,优化结果减重达26%,但刚度下降较大。为了提高刚度,本文采用ISIGHT提供的多目标遗传算法NSGAⅡ对质量和刚度两个目标进行寻优搜索,优化结果比用多种群遗传算法的结果好,并且多目标遗传算法的结果为设计者提供了一组PARETO最优解,为设计者提供了更大的选择空间。本文还尝试使用近似模型替代仿真程序,基于近似模型优化,虽然优化过程不必调用仿真程序进行分析,缩短了优化时间,但优化结果却没有前两种方法好。本文研究的成果可为货车车体底架的设计提供一定的参考价值,为结构优化设计在机车车辆中的深入研究打下了一定的基础。

全文目录


中文摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
1 绪论  10-17
  1.1 结构优化设计概述  10-11
  1.2 结构形状优化的发展趋势及困难  11-12
  1.3 ISIGHT 集成综合优化方案  12-13
  1.4 基于ISIGHT 平台的结构形状优化策略的实施  13-15
  1.5 本论文主要内容  15-17
2 离散变量多目标优化设计  17-28
  2.1 离散变量优化问题  17-19
  2.2 多目标优化问题  19-22
  2.3 遗传算法  22-26
    2.3.1 遗传算法的基本原理  22-23
    2.3.2 遗传算法的改进及多目标遗传算法  23-26
  2.4 小结  26-28
3 结构重分析中的近似技术  28-36
  3.1 人工神经网络近似模型  29-30
    3.1.1 人工神经网络结构近似分析  29
    3.1.2 BP 神经网络在结构近似分析中的应用  29-30
  3.2 响应面近似模型  30-33
    3.2.1 响应面法的基本思想  31-32
    3.2.2 响应面法在工程学中的应用  32-33
  3.3 KRIGING 近似模型  33-35
    3.3.1 Kriging 模型原理  33-35
    3.3.2 Kriging 模型在工程结构中的应用  35
  3.4 近似模型的比较[30]  35-36
4 结构形状优化的实施策略  36-45
  4.1 连续体的结构形状优化概述  36-37
  4.2 有限元法及结构分析软件的选择  37-38
  4.3 车架结构形状优化  38-43
  4.4 小结  43-45
5 集装箱平车车体尺寸及结构形状优化  45-69
  5.1 建立车体有限元模型  45-47
    5.1.1 集装箱平车简介  45
    5.1.2 结构离散模型  45-46
    5.1.3 约束处理  46-47
    5.1.4 优化工况的确定  47
  5.2 车体结构形状优化的数学模型  47-49
    5.2.1 优化设计变量  47-48
    5.2.2 目标函数  48
    5.2.3 约束条件  48-49
  5.3 试验设计在综合优化策略中的应用  49-50
    5.3.1 试验设计概述  49
    5.3.2 试验设计的类型  49
    5.3.3 正交试验设计的基本步骤  49-50
  5.4 集成优化方案及优化结果  50-68
    5.4.1 变量解析机制  52-53
    5.4.2 车体轻量化单目标综合优化结果  53-62
    5.4.3 多目标优化  62-65
    5.4.4 基于近似模型的优化  65-68
  5.5 小结  68-69
6 全文总结  69-72
参考文献  72-74
附录  74

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中图分类: > 交通运输 > 铁路运输 > 车辆工程 > 货车 > 平车
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