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研究开发机车车辆工艺第５期２０２４年１０月

文章编号:１００７￣６０３４(２０２４)０５￣００２０￣０７ＤＯＩ:１０.１４０３２/ｊ.ｉｓｓｎ.１００７￣６０３４.２０２４.０５.００４

面向转向架构架轻量化的灵敏度分析研究

王玮琪ꎬ宋宇博

(兰州交通大学机电技术研究所ꎬ甘肃兰州７３００７０)

摘要:针对复杂结构轻量化过程中筛选优化变量的问题ꎬ文章提出了一种基于灵敏度分析的复

杂结构轻量化方法ꎮ该方法引入Ｋｒｉｇｉｎｇ代理模型建立复杂结构中设计变量与质量之间的函数关

系ꎬ将Ｋｒｉｇｉｎｇ代理模型的拟合精度提高问题转化为相关系数最优解的优化问题ꎬ并利用改进灰狼

算法的寻优特性探寻相关系数最优解ꎬ借助优化后的Ｋｒｉｇｉｎｇ模型拟合响应替代有限元响应进行

Ｓｏｂｏｌ全局灵敏度分析ꎬ筛选轻量化设计变量ꎮ以ＣＲＨ３８０拖车转向架构架为例的仿真分析结果表

明ꎬ上、下盖板板厚和横梁内外阶壁厚的变化会引起转向架构架质量明显变化ꎬ为转向架轻量化的

优化变量筛选提供理论依据ꎮ在不影响构架整体尺寸的原则下ꎬ选取以上设计变量为优化变量ꎬ

实现了构架减重１６.３９ｋｇꎮ

关键词:结构轻量化ꎻＳｏｂｏｌ灵敏度分析ꎻＫｒｉｇｉｎｇ代理模型ꎻ改进灰狼算法ꎻ转向架构架

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中图分类号:Ｕ２６０.３３１.８文献标志码:Ａ

为了满足动车组进一步提速、提高舒适性、降低敏度分析方法有Ｓｏｂｏｌ法、ＶＡＲＳ法等ꎬ其中所有参

能耗等要求ꎬ核心部件的轻量化受到了国内外学者数在整个定义域内可以同时变化ꎬ并且各参数之间

的广泛关注[１－２]ꎬ国内动车组的高速发展大力推动的交互效应在系统响应的影响中也有体现ꎬ相较于

了轻量化技术在设计过程中的应用ꎮ设计人员定义局部灵敏度分析方法有较大改进[９－１０]ꎮ

优化变量时ꎬ倾向于选择结构中质量占比较大的零Ｓｏｂｏｌ法作为全局灵敏度分析方法中较为经典

部件ꎬ在以轻量化为主的设计情景下可能会忽视对的方法ꎬ基于方差分析全局灵敏度ꎬ通过计算各因素

于质量敏感的设计变量ꎬ使得优化后的结构仍具有的输入对输出方差的影响ꎬ评估单个以及多个因素

一定的优化盈余[３－６]ꎮ同时ꎬ为了避免将结构质量交互效应的灵敏度ꎮ该方法作为主要的全局灵敏度

[１１]

影响较小的零部件作为优化变量ꎬ以致影响轻量化分析方法应用在各学科领域ꎮ巴凯先等运用蒙

效率ꎬ在进行复杂结构轻量化研究前ꎬ有必要对结构特卡洛法对足式机器人液压驱动执行器质量进行

整体设计变量进行灵敏度分析ꎬ筛选对结构质量敏Ｓｏｂｏｌ全局灵敏度分析ꎬ但其在计算Ｓｏｂｏｌ指标时对

感的设计变量ꎬ为后续轻量化优化变量的选取提供样本点进行了多次计算ꎮ为了避免上述弊端ꎬ陈秉

理论支撑ꎮ[１２]

智等在对地铁车辆司机室前端吸能结构的设计

构架是动车组转向架中的关键零件ꎬ其轻量化参数进行Ｓｏｂｏｌ灵敏度分析时构建了Ｋｒｉｇｉｎｇ代理模

设计对于转向架的轻量化具有重要影响ꎮ在构架的型ꎬ识别出对耐撞性能产生主要影响的设计参数ꎮ

轻量化过程中ꎬ从质量、强度等响应中确定重要的影