机械工程学报

作者：文永蓬, 郑晓明, 吴爱中, 刘跃杰

单位：上海工程技术大学城市轨道交通学院 上海 201620

关键词：城市轨道车轮,拓扑优化,BESO算法,结构应力,直辐板车轮；

基金：国家自然科学基金（11472176，11602144）和上海市自然科学基金（15ZR1419200）资助项目。

城市轨道车轮的结构优化大多集中于参数优化，设计空间普遍有一定的局限性。以降低城市轨道车轮辐板处的结构应力为目标，利用双向渐进结构优化算法对直辐板车轮进行拓扑优化建模，提出一种新颖的城市轨道车轮辐板结构。重点针对城市轨道车轮受力最恶劣的曲线工况，对直辐板车轮的设计域进行2D拓扑设计，在满足体积约束条件下，通过对删除率、进化率、增加率进行设定，使体积比经过反复振荡从而达到较好的性能优化指标，提高了城市轨道车轮的应力性能，获得了城市轨道车轮的优秀拓扑结构。通过与成熟有限元软件计算结果对比，优化后的静强度和疲劳强度均满足要求，证明了双向渐进结构优化算法的有效性和可靠性。研究结果表明，双向渐进结构优化算法对城市轨道车轮的优化设计是适用的；优化车轮的辐板形式由直辐板进化为曲辐板，且单元向中间圆弧处靠拢，辐板具有不等厚特征；在不增加车轮重量的前提下，优化车轮在辐板处的最大结构应力降低了17%。所做工作对城市轨道车轮结构应力性能的提升具有重要的参考价值。

来源：2020年第10期

《机械工程学报》期刊编辑部

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