基于截面惯性矩的CRH5车体结构刚度优化设计

摘要

本文参考CRH5动车组M2S车体结构，以结构完整截面为研究对象。截面形式为双壳中空挤压型材。将结构优化的理念运用在对车辆截面参数特性结构力学分析中，实现在保证车辆截面面积不增加、内外轮廓基本不改变、车体截面扭转惯性矩有所提高的前提下，以车辆弯曲惯性矩的最大值为目标寻找最优解。
　　选择截面结构尺寸作为优化设计参数，计算整车截面惯性矩随底架的几何尺寸改变时的变化。利用DOE实验设计方法分析车体截面几何尺寸参数与截面属性的关系，确定优化变量的数目。建立基于Isight平台建立优化流程，对SolidWorks、Ansys进行仿真优化集成，以车体截面的弯曲惯性矩为优化目标，以截面面积、扭转惯性矩为约束函数，对底架截面进行优化。
　　然后以整车模型为研究对象，选用欧洲标准《BS EN 12663:2000铁道应用--轨道车身的结构要求》作为车身结构设计和载荷计算的依据，在Hypermesh中建立车体有限元模型，对优化前后车体的强度、模态进行校核分析。
　　最后，分析优化结果，提出车体截面优化方法的建议。
　　本文的研究工作为高速列车车体结构分析和大型工程的结构优化问题提供了一定的参考价值，也为优化设计在机车车辆中的深入应用打下了一定的基础。