[發明專利]一種基于兩次試驗設計的彈條幾何參數優化方法

在審

• 申請號: 201710117577.4
• 申請日: 2017-03-01
• 公開（公告）號: CN106709218A
• 公開（公告）日: 2017-05-24
• 發明（設計）人: 胡連軍;楊吉忠;李忠繼;林紅松;蔡文鋒;馮讀貝;徐浩;代豐
• 申請（專利權）人: 中鐵二院工程集團有限責任公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 成都惠迪專利事務所(普通合伙)51215
• 代理人: 王建國

技術領域

本發明屬于軌道交通領域，特別涉及一種基于兩次試驗設計的彈條幾何參數優化方法。

背景技術

扣件系統對保證軌道彈性和軌道幾何尺寸起著重要作用，直接影響列車運行的安全性和舒適性。形狀復雜的彈條是實現扣件系統功能的重要部件，承受著彎曲、扭轉、疲勞和腐蝕等多種作用，在車輛通過時，還要承受極高的瞬時沖擊載荷。然而其線形復雜、影響參數眾多，且相關關聯，給彈條優化設計帶來很大挑戰。

目前，我國的彈條樣式較之國外甚少，以e型和ω型為主，且各種類之間的變化不明顯。同時，彈條的優化主要以經驗和試錯法為主，效率較低。國內外針對彈條設計參數和力學性能的關系研究甚少，僅從單一參數對比的層面展開了部分研究，并未考慮各參數之間的交互作用。基于傳統優化方法，指出了相關指標；基于積累的相關生產經驗，作了些簡單的優化。

試驗設計(DOE)方法，運用數理統計和概率論的知識，多方向同時尋找優化目標。常用的試驗設計采用的是正交試驗的方法，效率十分低下，比如常用的ω型彈條一般有9～12個參數，如果采用正交試驗，則至少需要2⁹＝512次試驗，對試驗數據的分析也是一項龐大的工作。此外，并不是每個參數對彈條性能的影響都非常顯著。

發明內容

本發明所要解決的技術問題是提供一種基于兩次試驗設計的彈條幾何參數優化方法，只需進行少量的樣本計算即可獲取不同幾何參數對彈條性能的影響顯著程度，同時探究其對彈條性能的影響規律，既保證了計算結果的準確性，又提高了效率，實現彈條結構的優化目的。

本發明解決上述技術問題所采取的技術方案如下：

本發明的一種基于兩次試驗設計的彈條幾何參數優化方法，包括如下步驟：

(1)確定影響彈條結構的幾何參數，選擇出全部或部分參數作為試驗因子，各因子記為X＝[x₁,x₂,…,x_m]，其中m為試驗因子的個數，并確定各試驗因子的最小值與最大值，并設定優化設計目標；

(2)根據所述的幾何參數因子及優化設計目標，并根據確定性篩選試驗設計原理構造初始試驗設計表；

(3)根據初始試驗設計表進行試驗不同幾何參數的彈條力學性能，篩選出各幾何參數因子中影響優化設計目標最顯著的幾何參數；

(4)根據篩選出的幾何參數因子及優化目標，并根據響應曲面試驗設計構造二次試驗設計表；

(5)根據所述二次試驗設計表進行試驗，根據影響顯著的幾何參數與優化設計目標，擬合彈條性能的回歸函數；

(6)調整幾何參數因子的取值，完成參數優化。

本發明的有益效果是，采用二次不同的試驗設計，從多個幾何參數中篩選出對彈條性能影響最顯著的因子，進行進一步深度優化，最終獲得彈條幾何參數的最優解；采用確定性篩選試驗設計與響應曲面設計，可大幅度降少試驗次數，兩次試驗設計的總次數不超過60次，提高了工作效率，并能獲得良好的效果；通過篩選出對彈條性能影響最顯著的因子，減少了參數，也降低了設計工作量。

附圖說明

本說明書包括如下六幅附圖：

圖1是本發明一種基于兩次試驗設計的彈條幾何參數優化方法的流程圖；

圖2是實施例彈條的側視圖；

圖3是實施例彈條的前視圖；

圖4是實施例彈條的俯視圖；

圖5是實施例彈條的平面展開圖；

圖6是實施例彈條優化后的應力圖。

具體實施方式

以下結合附圖和實施例對本發明作進一步的說明。

參照圖1，本發明的一種基于兩次試驗設計的彈條幾何參數優化方法，包括如下步驟：

(1)確定影響彈條結構的幾何參數，選擇出全部或部分參數作為試驗因子，各因子記為X＝[x₁,x₂,…,x_m]，其中m為試驗因子的個數，并確定各試驗因子的最小值與最大值，并設定優化設計目標；

(2)根據所述的幾何參數因子及優化設計目標，并根據確定性篩選試驗設計原理構造初始試驗設計表；

(3)根據初始試驗設計表進行試驗不同幾何參數的彈條力學性能，篩選出各幾何參數因子中影響優化設計目標最顯著的幾何參數；

(4)根據篩選出的幾何參數因子及優化目標，并根據響應曲面試驗設計構造二次試驗設計表；