考虑UIC强度准则的轨道车轮辐板渐进结构拓扑优化方法

• 作 者: 郑晓明 文永蓬 尚慧琳 刘跃杰
• 机 构: 上海工程技术大学城市轨道交通学院; 上海应用技术大学机械工程学院
• 出 处: 交通运输工程学报
• 发表日期: 2004年期
• 关键词: 车辆工程 轨道车轮 渐进结构优化 拓扑优化 多工况 结构应力
• 基金项目: 国家自然科学基金项目(11472176);上海市自然科学基金项目(15ZR1419200)

为了提高轨道车轮的结构性能,利用渐进结构拓扑优化方法(ESO)建立了轨道车轮的结构优化模型;以双S型轨道车轮为设计蓝本,分析了轨道车轮的辐板设计域,提出了轨道车轮在多工况作用下的渐进结构拓扑优化方法;介绍了利用渐进结构拓扑优化方法实现结构应力均匀化的优化思路;根据《整体车轮技术检验》(UIC 510-5:2003)标准,分别考虑了轨道车轮在直线工况、曲线工况和道岔通过工况,不仅获得这3种典型工况共同作用下的拓扑优化结构,而且还获得了3种典型工况依次作用下的6种拓扑结构;对比了优化前后车轮辐板的应力,并利用有限元工具验证了优化后车轮的辐板应力特性,证明渐进结构拓扑优化方法的正确性和有效性。研究结果表明:利用渐进结构拓扑优化方法对轨道车轮的拓扑优化是适用的;在车轮质量不增加的前提下,优化后车轮辐板的厚度增加且不等厚,有效地减小应力集中,降低结构应力;对比原双S型车轮,优化后6种车轮模型的结构性能均有所提升,分别提高了16.6%、20.7%、22.5%、21.3%、20.1%和19.5%,其中,方案3的优化车轮在3种工况下辐板处的最大结构应力分别降低了4.0%、14.5%和6.7%。研究有助于轨道车轮结构强度的提高,并对多工况耦合作用下轨道车轮结构优化具有重要的参考价值。