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《基于多目標的高速列車隔熱結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、2016年5月第42卷第5期北京航空航天大學學報JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsMay2016V01．42No．5http：／／bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．cnDOI：10．13700／j．bh．1001-5965．2015．0539基于多目標的高速列車隔熱結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化李明高1’+，李明1，韓璐1，趙宏哲2(1．唐山軌道客車有限責任公司，唐山063035；2．北京航空航天大學機械工程及自動化學院，北京1
2、00083)摘要：車體隔熱結(jié)構(gòu)的特性是評價高速列車車體質(zhì)量的一個重要性能參數(shù)。以剛度、隔熱與質(zhì)量為指標，針對地板、側(cè)墻及平頂?shù)溶圀w結(jié)構(gòu)，通過參數(shù)優(yōu)化降低型材厚度(增加玻璃棉氈的厚度)來提高隔熱性能，通過拓撲優(yōu)化改善傳力路徑，提高剛度性能，給出了各結(jié)構(gòu)的優(yōu)化結(jié)果。在可制造化處理的基礎上，通過有限元仿真，剛度、隔熱與質(zhì)量性能均得到了提高，驗證了所提出方案和方法的有效性。本文為高速列車車體隔熱結(jié)構(gòu)的設計提供了一種新途徑。關鍵詞：高速列車；隔熱結(jié)構(gòu)；拓撲優(yōu)化；剛度；可制造化處理中圖分類號：THlll；U270文獻標識碼
3、：A文章編號：1001．5965(2016)05-0878-07車體的隔熱結(jié)構(gòu)不僅是采暖、空調(diào)等設備選型和車體優(yōu)化設計的重要依據(jù)，而且，其特性是評價高速列車車體質(zhì)量的一個重要性能參數(shù)和綜合經(jīng)濟性指標¨引。一方面，若隔熱效果欠佳，不僅會消耗更多的加熱(或制冷)設備的能量，增加運行成本，也會影響列車的舒適性。另一方面，隔熱結(jié)構(gòu)也承受載荷，不僅要符合剛度、強度指標，而且要滿足車體的輕量化要求∞剖。但是，由于車體隔熱結(jié)構(gòu)的隔熱、強度與質(zhì)量指標相互耦合，在設計方面存在較大的難度。目前，對車體結(jié)構(gòu)的研究大多為剛度和強度的優(yōu)
4、化，涉及隔熱的文獻較少¨4J。因此，研究新型高性能隔熱結(jié)構(gòu)，進而探索其相應的設計方法和工程措施，具有重要的現(xiàn)實意義。隨著基礎理論呻圳和其他相關技術的發(fā)展，拓撲優(yōu)化作為一種新興的結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術，已被廣泛應用于各領域，例如汽車n0。12]、重型機械¨31和機器人¨4。等。同時，拓撲優(yōu)化為工程設計和分析人員提供了一條新的結(jié)構(gòu)優(yōu)化技術途徑。這種方法自動化程度高，可以大大降低工程技術人員的工作量，同時也避免了因多次的重復設計所帶來的不必要的開支，在工程中也已經(jīng)得到了廣泛的應用。因此，本文將利用拓撲優(yōu)化技術對車體的隔熱結(jié)構(gòu)進
5、行設計。1多目標拓撲優(yōu)化方案1．1整體思路以如圖1所示的結(jié)構(gòu)為例，車體結(jié)構(gòu)的型材部分主要用來承受載荷，而玻璃棉氈主要用來隔熱。因此，假設鋁型材僅參與傳力，玻璃棉氈僅參與傳熱；由于瀝水板不參與傳熱和傳力，本文對其不予考慮。如圖1所示，在實際應用中，由于安裝要求，型材、瀝水板和玻璃棉氈的總厚度為定值。如果型材的整體厚度增加，剛度提高，但玻璃棉氈的厚度減小，隔熱性能將變差；反之，剛度降低。另一方面，如果簡單地增加型材內(nèi)部的材料，剛度提高的同時質(zhì)量增加，不滿足車體結(jié)構(gòu)輕量化的要求。收稿日期：2015-08-24；錄用日
6、期：2015．10-30；網(wǎng)絡出版時間：2015．12．1711：33網(wǎng)絡出版地址：WWW．enki．net／kems／detail／11．2625．V．20151217．1133．011．html基金項目：國家科技支撐計劃(2013BAG24802)}通訊作者：Tel．：0315-3089497E-mail：sjc—liminggao@tangche．cornBl用格式：李明高，李明，韓璐。等．基于多目標的高速列車隔熱結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化【J]．北京航空航天大學學掇．2016．42(5)：878．884．LIMG，L
7、IM，HANL，eta1．Multi—objectivetopologicaloptimizationofheatinsulationstruetul℃susedin^動一speedtrainEJ]．JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics．2016．42(5)：878．884(inChinese)．第5期李明高，等：基于多目標的高速列車隔熱結(jié)構(gòu)拓撲優(yōu)化879圖1優(yōu)化思路Fig．1Schemeofoptimization因此，車體隔熱結(jié)構(gòu)的優(yōu)化
8、是隔熱、剛度和質(zhì)量之間的折中。本文的思路是在減小型材厚度、增加玻璃棉氈厚度的基礎上，在型材質(zhì)量降低的情況下，改變內(nèi)部材料的分布，優(yōu)化其傳力特性，使得剛度增加。而由于玻璃棉氈厚度的增加，隔熱性能也將得到提高。由于玻璃棉氈厚度的增加較為簡單，可用參數(shù)優(yōu)化進行設計。而型材內(nèi)部材料分布的改變較為復雜，必須采用拓撲優(yōu)化技術。為此，本文將拓撲優(yōu)化與參數(shù)優(yōu)化相結(jié)合，參數(shù)優(yōu)化主要目標是降低型材的厚度(
