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动车组电机吊架多目标可靠性优化设计

李永华 李东明 宫琦 吴永鑫

李永华, 李东明, 宫琦, 吴永鑫. 动车组电机吊架多目标可靠性优化设计[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(7): 1100-1105. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200185
引用本文: 李永华, 李东明, 宫琦, 吴永鑫. 动车组电机吊架多目标可靠性优化设计[J]. 机械科学与技术, 2021, 40(7): 1100-1105. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200185
LI Yonghua, LI Dongming, GONG Qi, WU Yongxin. Multi-objective Reliability Optimization Design of Motor Hanger for EMU[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(7): 1100-1105. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200185
Citation: LI Yonghua, LI Dongming, GONG Qi, WU Yongxin. Multi-objective Reliability Optimization Design of Motor Hanger for EMU[J]. Mechanical Science and Technology for Aerospace Engineering, 2021, 40(7): 1100-1105. doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200185

动车组电机吊架多目标可靠性优化设计

doi: 10.13433/j.cnki.1003-8728.20200185
基金项目: 

国家自然科学基金项目 51875073

辽宁省教育厅科学研究项目 JDL2019005

辽宁省高等学校创新团队支持计划 LT2016010

大连市科技创新基金计划 2019J11CY017

详细信息
    作者简介:

    李永华(1971-), 教授, 博士生导师, 研究方向为车辆结构分析与现代设计方法、车辆结构疲劳可靠性分析, yonghuali@163.com

  • 中图分类号: U271.91

Multi-objective Reliability Optimization Design of Motor Hanger for EMU

  • 摘要: 为提高高速动车组电机吊架的承载能力,考虑几何参数的随机性,将响应面法和多目标遗传算法相结合对其进行可靠性优化设计。首先,对电机吊架进行静强度和位移灵敏度分析,找出设计变量;其次,对设计变量进行中心组合试验设计,根据试验设计点来拟合静强度和位移的多项式响应面模型;然后,将几何参数的随机性转化为可靠度,运用最小二乘法拟合可靠度函数方程作为约束条件;最后,运用多目标遗传算法对电机吊架进行可靠性优化设计。研究结果表明:响应面法与结构可靠性优化方法相结合,可以简化求解过程,提高优化结果的可靠度。
  • 图  1  基于响应面法的多目标可靠性优化流程

    图  2  电机吊架结构几何模型

    图  3  电机吊架结构有限元模型

    图  4  极限函数均值样本趋势

    图  5  电机吊架的灵敏度

    图  6  响应面模型

    表  1  输入变量参数

    序号 名称 函数分布 均值/mm 变异系数
    1 X1 正态分布 8.0 0.05
    2 X2 正态分布 10.0 0.05
    3 X3 正态分布 10.0 0.05
    4 X4 正态分布 12.0 0.05
    5 X5 正态分布 10.0 0.05
    6 X6 正态分布 10.0 0.05
    7 X7 正态分布 8.0 0.05
    8 X8 正态分布 8.0 0.05
    9 X9 正态分布 8.0 0.05
    10 X10 正态分布 10.0 0.05
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    表  2  设计变量的初始值与边界值

    设计变量 初始值/mm 边界值/mm
    下限 上限
    X6 10 9 11
    X9 8 7 9
    X10 10 9 11
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    表  3  中心组合试验设计及响应值

    序号 X6/mm X9/mm X10/mm SEQV/MPa USUM/mm
    1 10 8 10 338.06 3.901
    2 9 8 10 340.27 4.106
    3 11 8 10 335.81 3.728
    4 10 7 10 373.75 3.984
    5 10 9 10 308.41 3.827
    6 10 8 9 343.98 4.017
    7 10 8 11 331.95 3.795
    8 9.187 7.349 6 9.187 373.84 4.241
    9 10.813 7.349 6 9.187 370.71 3.911
    10 9.187 8.650 4 9.187 320.37 4.099
    11 10.813 8.650 4 9.187 314.72 3.784
    12 9.187 7.349 6 10.813 361.24 4.037
    13 10.813 7.349 6 10.813 359.71 3.739
    14 9.187 8.650 4 10.813 311.55 3.908
    15 10.813 8.650 4 10.813 307.45 3.621
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    表  4  确定性优化与可靠性优化对比

    函数 确定性优化 可靠性优化
    均值 可靠度/% 均值 可靠度/%
    SEQV 325.81 - 301.27 -
    USUM 3.728 - 3.565 1 -
    Z(X) 19.19 82.35 43.73 95
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    表  5  初始设计与优化设计对比

    指标 初始设计 优化设计 变化量/%
    X6/mm 10 10.65 6.5
    X9/mm 8 8.63 7.87
    X10/mm 10 9.18 -8.2
    SEQV/MPa 338.06 301.27 -10.88
    USUM/mm 3.901 2 3.565 1 -8.62
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  • 收稿日期:  2019-02-22
  • 刊出日期:  2021-07-01

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