面向不锈钢地铁整车结构的显式拓扑优化设计

随着轨道车辆轻量化设计需求日益突出,拓扑优化技术正加速应用于车辆关键局部结构高性能轻量化设计并取得较显著减重成果,但受限于制造要求和较大的计算规模,整车级车体结构拓扑优化已为轨道车辆设计阶段的难点之一.论文针对某不锈钢地铁车体结构设计需求,基于移动可变形组件法(Moving Morphable Component, MMC),开展显式拓扑优化框架下的整车级车体结构优化设计.依据EN 12663标准工况及车体设计空间,建立了地铁车体结构MMC拓扑优化数学模型,给出了相应的拓扑优化设计流程,搭建了地铁车体结构显示拓扑优化算法平台.按照设计流程,基于灵敏度的驱动,以车体结构的整体刚度作为设计目标,同时设置质量约束,通过调控组件移动、旋转和变形,实现对整车级车体结构的拓扑优化研究,确定了车体拓扑构型.基于MMC方法,可有效降低优化过程中的计算量,直接获取较为清晰的不锈钢地铁车体结构整车级传力路径,论文数值算例验证了该算法的优势.