范怀良_设备安装过渡件结构优化及应用.pdfVIP

Altair 2013 技术大会论文集 设备安装过渡件结构优化与应用 Structural optimization and application of equipment installation attachment 范怀良 丁峻宏 李根国 （上海超级计算中心上海 201203 ） 摘 要：针对某型号地铁下部设备安装过渡件的铸钢结构进行分析，发现在结构强度方面仍有较 大冗余，为提高材料使用率，减小列车整车整备质量，加强结构的可铸性，提出了改进措施。首 先对其在底架设备安装方式进行有限元分析，利用OptiStruct 优化设计软件对过渡件进行了拓扑 优化计算。根据材料工艺成形特点及结构安全要求对结构进行重新设计，并对新结构进行了形状 优化，获得了最佳优化效果的结构设计方案。 关键词：设备安装过渡件 拓扑优化 形状优化 OptiStruct SMP 并行计算 Abstract There is structural strength redundancy by conduct an analysis of equipment installation attachment below the underframe in a certain type of metro cars. In order to improve material utilization, reduce train curb weight, and reinforce structure cast ability, improvement measures are proposed. First, finite element analysis of the equipment installation pattern and topology optimization of the attachments was performed using OptiStruct software. This was followed by re-design of the structure according to materials forming characteristics and structural safety requirements. Finally, the optimal structure is acquired using shape optimization. Key words: Attachment, Topology Optimization, Shape Optimization, OptiStruct 1 概述 随着轨道交通的发展，列车的安全性与舒适性成为备受关注的话题。作为车辆与大部件设备 安装的过渡件，在承载设备时需具有较高的安全性，同时考虑到车厢乘客的舒适性，又要有效的 [1,2] 衰减振动，因此过渡件的设计与优化需要权衡各方面因素 。 为保证车辆整备质量和一阶垂弯频率，目前底架设备安装方式为刚性连接。车下设备安装时 应保持较低刚度，避免车体与设备之间发生谐振，常通过调整设备质量与安装位置来实现，对设 备安装的过渡件结构考虑较少。 本文通过对初期设计的设备安装过渡件进行分析与优化，在保证车辆的强度与安全性能的前 提下，尽可能地降低列车的整备质量。 2 拓扑优化理论与工具 2.1. 拓扑优化理论 拓扑优化技术是在特定的设计空间、载荷和边界条件的前提下，寻求材料的最优分布。通过 在有限元法建模的基础上根据优化算法确定设计空间内单元的去留，保留下来的单元即构成最终 的拓扑方案。与尺寸优化和形状优化相比，拓扑优化能获得更大的结构效率。拓扑优化研究包括 连续拓扑和离散拓扑，连续拓扑优化方法包括均匀化方法、变密度法、渐进结构优化法（ESO） -1- Altair 2013 技术大会论文集 以及水平集法（level set）等，离散拓