動力集中動車組車體司機室結構優化設計

柳占宇，于德壯，楊帆，李冬園，張威，張昭

（1.中車大連機車車輛有限公司 遼寧大連 116022；2.大連理工大學 工程力學系，遼寧大連 116024）

結構的拓撲優化可以用來尋求結構的傳力路徑，是結構設計的重要參考[1]，開始廣泛應用于工業領域[2-9]，在機車/動車設計方面，也已經開始取得應用。值得注意的是，拓撲優化并不能直接獲得可以用于生產的結構，其主要用于尋求結構的傳力路徑，后續依據經驗和前期設計思路，可以得到與傳力路徑一致的結構[10-11]，是輔助設計的重要計算方法。高月華等[12]將動車組焊接構架縱梁的總體積設為目標函數，將應力和位移設為約束條件并對其進行拓撲優化設計，基于拓撲優化的結果，將縱梁的尺寸厚度作為設計變量并進行尺寸優化，最后實現縱梁結構的減重；此外也對動車組設備艙支架進行了拓撲優化[13]，依據拓撲優化結果制定了新的支架設計方案并對其進行尺寸優化，最后設備艙支架實現減重。郭珍江等[14]利用有限元的方法，分析了不同工況下的動車組的行李架的應力和位移，經過對比各個部件的應力結果，最終實現動車組行李架的優化。王曉明等[15]利用Hypermesh 軟件以及自帶的OptiStruct 模塊對動車組行李架支座結構進行拓撲優化設計，其中設計目標為支座剛度最大化，同時考慮了材料的體積約束；最終，基于行李架支座結構的最優拓撲形式設計出具有質量輕、剛度大等優點的模型。李超等[16]采用變密度法，利用Hypermesh 軟件對動車組轉向架轉臂進行拓撲優化設計，同時對轉臂有限元模型進行強度分析，最終的結果是von-Mises應力值降低以及模型得到減重。……