轻轨交通作为一种新的公共交通模式,其特点是站间距离短,起、制动频繁。轻轨车辆为获得较大的起、制动加速度,要求尽可能降低自重。因此需要对车辆进行优化设计,而车体作为车辆的主体成为优化减重的主要对象。如何解决既满足性能要求又能保证自重最轻之间的矛盾,成为轻轨车车体设计和制造中的重要研究课题。 针对湘潭电机股份有限公司生产的 Q6W-2 型轻轨车车体,展开一系列研究工作。首先用有限元法对轻轨车车体进行了强度和刚度分析,并对实际车体进行了静强度试验,计算值和试验值基本吻合,说明有限元分析的建模方法、边界条件的确定、求解器的选择等是合理正确的。 在有限元分析和静强度试验的基础上,选择适当的初始车体结构和优化方法,以自重为目标函数,以应力为约束条件,建立了连续变量优化的数学模型,借助 ANSYS 优化工具,对车体进行了连续变量优化分析,获得了连续变量优化解。 由于得到的连续变量优化解不能应用于工程实际,针对轻轨车车体的特点,提出了改进的离散变量优化方法,该方法的关键是在连续变量优化解的基础上,建立离散变量优化的数学模型,然后按照一定的算法剔除不符合要求的多数解后,在少量剩余解中用有限元验算并求得最终解。 以 B 模块车体为例,按上述方法对车体进行了优化分析。得出离散变量优化解后,对车体重新建模并作了有限元重分析。分析结果表明,除个别已剔除的特殊位置(如约束处)外,该车体的等效应力均不超过许用应力,应力分布更趋均匀。优化后的车体相对减重率约 8%,并已应用于工程实际。