[發明專利]一種廂式車車廂底部波紋橫梁結構輕量化優化設計方法

有效

• 申請號: 201711223106.8
• 申請日: 2017-11-29
• 公開（公告）號: CN107766683B
• 公開（公告）日: 2021-02-12
• 發明（設計）人: 王登峰;王爽
• 申請（專利權）人: 吉林大學
• 主分類號: G06F30/15
• 分類號: G06F30/15;G06F30/23
• 代理公司: 北京遠大卓悅知識產權代理有限公司 11369
• 代理人: 周明飛

本發明公開了一種廂式車車廂底部波紋橫梁結構輕量化優化設計方法，包括：步驟一、得到車廂在自由狀態下的一階模態頻率和振型，確定車廂最大應力、最大變形量和自由狀態下的一階模態頻率；步驟二、建立底部波紋橫梁結構初始模型，重新定義的優化設計尺寸參數；步驟三、根據車廂最大應力和最大變形量，目標使車廂質量最小和車廂一階模態頻率最大，得到近似模型；步驟四、對近似模型的精度進行檢驗，如果精度滿足要求則輸出近似模型，如果不滿足精度要求則重新取值得到近似模型，直到滿足精度要求；步驟五、根據車廂最大應力和最大變形量，目標使車廂質量最小和車廂一階模態頻率最大，對近似模型進行優化求解，得到車廂底部波紋橫梁結構的優化尺寸。

技術領域

本發明涉及車廂結構領域，具體涉及一種廂式車車廂底部波紋橫梁結構輕量化優化設計方法。

背景技術

底橫梁是車廂重要的承載部件，車廂在貨物的裝卸過程中會受到裝卸工具的碾壓作用以及所裝載貨物的重力的作用，在使用運輸過程中還會受到貨物垂向動載荷以及加速、制動、轉向慣性力的作用，車廂的結構強度和剛度是否滿足使用要求，不僅關系到能否保證裝卸工作的正常進行，而且還關系到運輸途中所裝貨物完整性和安全性。現有的車廂C型底部橫梁雖然結構簡單、制造工藝好，但其承受彎曲和扭轉載荷的能力差，結構重量和原材料消耗量大，導致車廂空箱自重大，不能很好實現節能減排。

現有的車廂底部結構優化設計主要圍繞結構強度、剛度、固有頻率或者減重等單一目標進行，通過改變幾何結構和底橫梁間距關系實現分析優化。但作為車廂的關鍵承載部件，僅僅滿足單一優化目標的底橫梁結構無法滿足車廂運輸和裝卸過程中可靠和使用安全的要求。通過國內外相關文獻的檢索，未發現有類似的基于車廂底部波紋橫梁的輕量化優化設計方法。

發明內容

本發明設計開發了一種廂式車車廂底部波紋橫梁結構輕量化優化設計方法，本發明的發明目的是提供波紋橫梁結構的設計方法，并且解決能夠在保持強度不變的情況下質量輕量化的問題。

本發明提供的技術方案為：

一種廂式車車廂底部波紋橫梁結構輕量化優化設計方法，包括如下步驟：

步驟一、計算采用車廂底部C型梁結構在典型工況下的結構強度和剛度，同時得到車廂在自由狀態下的一階模態頻率和振型，確定車廂最大應力、最大變形量和自由狀態下的一階模態頻率；

步驟二、根據車廂底部C型梁結構尺寸建立底部波紋橫梁結構初始模型，在所述初始模型中通過尺寸參數車廂底部波紋橫梁結構斷面上翼板寬度、厚度，下翼板寬度、厚度，腹板高度、厚度、波長和波高作為定義的優化設計尺寸參數；其中，底部波紋橫梁結構初始模型與車廂底部C型梁結構等橫截面積和等質量；

步驟三、根據所述車廂最大應力和所述最大變形量，目標使車廂質量最小和車廂一階模態頻率最大，對所述優化設計尺寸參數進行不同取值得到所述車廂底部波紋橫梁結構的近似模型；

步驟四、對所述近似模型的精度進行檢驗，如果精度滿足要求則輸出所述近似模型，如果不滿足精度要求則對所述步驟三中優化設計尺寸參數進行重新取值得到所述近似模型，直到滿足精度要求；

步驟五、根據所述車廂最大應力和所述最大變形量，目標使車廂質量最小和車廂一階模態頻率最大，對所述近似模型進行優化求解，得到所述車廂底部波紋橫梁結構的優化尺寸。

優選的是，在所述步驟一中，根據原車廂在最高車速勻速行駛、加速、制動和轉向的典型工況下承受的載荷計算結構強度和剛度。

優選的是，所述步驟三中，最大應力為550MPa，最大變形量為23mm。

優選的是，在所述步驟二中，所述底部波紋橫梁結構采用同種材料替換原車廂底部橫梁。

優選的是，在所述步驟五中，采用非支配排序遺傳算法求解所述車廂底部波紋橫梁結構的優化尺寸。