机械工程学报

作者：张曼, 李娅娜, 史鑫鹏

单位：1. 大连交通大学詹天佑学院 大连 116028;2. 大连交通大学机械工程学院 大连 116028

关键词：地铁底架,断面设计,全阶段多目标优化,断面性能参数化,拓扑优化,带精英策略的非支配排序遗传算法；

基金：国家自然科学基金(52075066);辽宁省教育厅(LJKZ0497)资助项目。

针对地铁车体底架优化过程中存在的产品设计阶段与结构优化层次考虑不全面、两者对应关系不明确的问题，以及传统有限元模型优化方法计算量大、耗时长且难以满足实际编程需求等挑战，提出一种基于断面性能参数化的产品设计全阶段多目标优化设计方法。首先，推导出影响底架质量与刚度的断面性能参数理论计算公式。随后，针对铝合金地铁车体底架，实施产品设计全阶段的多目标优化。在此优化过程中，以加权柔度最小(即刚度最大)作为优化目标，在底架断面的概念设计阶段，采用变密度法进行拓扑优化；而在基本设计阶段和详细设计阶段，则结合推导的底架断面性能参数理论计算公式，利用带精英策略的非支配排序遗传算法(Non-dominated sorting genetic algorithm Ⅱ，NSGA-Ⅱ)进行形状-自由尺寸协同优化。最后，对拓扑优化结果以及全阶段的优化结果分别进行了重构，并进行了详细的分析校核。结果表明：该方法能够显著提升底架断面静刚度的同时达到了轻量化的目的，三块型材断面面积A(质量)分别减少了4.06%、1.31%、5.17%，弯曲惯性矩Ix分别增加了9.50%、5.21%、9.00%，设计的型材断面性能优异，对产品系统性的优化设计有指导借鉴意义。

来源：2025年第24期

《机械工程学报》期刊编辑部

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