• ISSN 0258-2724
  • CN 51-1277/U
  • EI Compendex
  • Scopus 收录
  • 全国中文核心期刊
  • 中国科技论文统计源期刊
  • 中国科学引文数据库来源期刊

嵌入式轨道槽内结构优化设计

毕澜潇 刘卫星 邢梦婷 赵坪锐 刘学毅

毕澜潇, 刘卫星, 邢梦婷, 赵坪锐, 刘学毅. 嵌入式轨道槽内结构优化设计[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(6): 1227-1234. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170734
引用本文: 毕澜潇, 刘卫星, 邢梦婷, 赵坪锐, 刘学毅. 嵌入式轨道槽内结构优化设计[J]. 西南交通大学学报, 2019, 54(6): 1227-1234. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170734
BI Lanxiao, LIU Weixing, XING Mengting, ZHAO Pingrui, LIU Xueyi. Optimization Design for Internal Structure of Embedded Rail Trough[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(6): 1227-1234. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170734
Citation: BI Lanxiao, LIU Weixing, XING Mengting, ZHAO Pingrui, LIU Xueyi. Optimization Design for Internal Structure of Embedded Rail Trough[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2019, 54(6): 1227-1234. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170734

嵌入式轨道槽内结构优化设计

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20170734
基金项目: 国家自然科学基金重点项目(U1534203,U1434208);国家自然基金面上项目(51678506,51778543)
详细信息
    作者简介:

    毕澜潇(1988—),男,博士研究生,研究方向为高速重载轨道结构与轨道动力学,电话:18328586165,E-mail:346901256@qq.com

    通讯作者:

    赵坪锐(1978—),男,副教授,研究方向为高速重载轨道结构与轨道动力学,电话:13808045354,E-mail:przhao@163.com

  • 中图分类号: U213.21

Optimization Design for Internal Structure of Embedded Rail Trough

  • 摘要: 嵌入式无砟轨道具有养护维修工作量小、结构稳定等特点,还具有良好的减振降噪性能,特别适应城市轨道交通运营需求,广泛应用在现代有轨电车线路建设中.由于嵌入式轨道的结构特点,其优化重点在槽内结构型式及包覆钢轨的高分子复合弹性体.利用有限元软件ANSYS对嵌入式轨道进行动、静态分析.在拓扑优化的基础上,根据城市轨道交通成本、安全、噪声、振动等功能要求构建轨道结构功能优化目标函数,对嵌入式轨道槽内结构进行优化设计.研究结果表明:针对槽型轨减少靠近轨腰与轨底连接处的复合材料,可以在保证轨道刚度前提下,尽可能节省成本;考虑降噪性能、隔振效果高分子复合材料包覆钢轨高度不宜降低,即应使其完全包覆钢轨;一般地段承轨槽宽度宜在200~220 mm;对于隔振要求严格的区域,增大承轨槽宽度是提高轨道结构隔振效果最有效的手段;复合材料弹性模量选取时,在保证轨道横向刚度的前提下,减小轨道板混凝土结构的应力水平.

     

  • 图 1  嵌入式轨道结构示意

    Figure 1.  Diagram of embedded rail structure

    图 2  拓扑优化结果

    Figure 2.  Topology optimization results

    图 3  轨道响应参数

    Figure 3.  Normalized track response parameters

    图 4  优化设计变量

    Figure 4.  Design variables for optimization

    图 5  初步设计及单一目标优化的结果

    Figure 5.  Preliminary design and results of single objective optimization

    图 6  多目标几何优化结果

    Figure 6.  Multi - objective geometric optimization results

    表  1  设计参数的边界和初始值

    Table  1.   Boundary and initial values of design parameters

    设计变量下限上限初始值
    x1/cm 20 24 21
    x2/cm 11 36 8
    x3/cm 11 36 8
    x4/mm 8 40 30
    x5/MPa 1 10 4
    下载: 导出CSV

    表  2  单一目标优化的数值结果

    Table  2.   Numerical results of single objective optimization

    项目参数初步设计单一目标优化
    复合物噪声减振
    设计变量 x1/mm 210 208 200 240
    x2/mm 170 118 170 170
    x3/mm 170 155 170 170
    x4/mm 30 37 8 8
    x5/MPa 4.00 2.86 10.00 2.14
    约束条件 σ/MPa 0.61 0.45 1.32 0.56
    ux, 2/mm 1.11 1.97 0.56 1.26
    目标值 FC/(dm3•m−1 0.022 0.014 0.025 0.032
    FN 0.24 0.54 0.18 0.28
    FM/dB 0 −34 8 33
    下载: 导出CSV

    表  3  多目标优化的数值结果

    Table  3.   Numerical results of multi-objective optimization

    项目参数wC = 0.33,wN = 0.33,
    wM = 0.33
    wC = 0.5,wN = 0.5,
    wM = 0
    wC = 0.5,wN = 0,
    wM = 0.5
    wC = 0,wN = 0.5,
    wM = 0.5
    设计变量x1/mm202204228240
    x2/mm170170159170
    x3/mm170170164170
    x4/mm2840408
    x5/MPa1010310
    约束条件σ/MPa1.080.960.501.35
    ux, 2/mm0.760.991.320.65
    目标值FC/(dm3•m−1)0.2000.0160.0190.032
    FN0.200.230.300.21
    FM/dB−5.32−22.00−5.0029.00
    下载: 导出CSV
  • 徐正和. 现代有轨电车的崛起和探索[J]. 现代城市轨道交通,2005(2): 11-15.

    XU Zhenghe. The emergence and exploration of modern trams[J]. Modern Urban Transit, 2005(2): 11-15.
    薛美根,杨立峰,程杰. 现代有轨电车主要特征与国内外发展研究[J]. 城市交通,2008,6(6): 716-717.

    XUE Meigen, YANG Lifeng, CHENG Jie. Modern trams:characteristics & development both at home and abroad[J]. Urban Transport of China, 2008, 6(6): 716-717.
    李元坤,苗彦英. 国外现代有轨电车建设发展的启示[J]. 城市轨道交通研究,2013,16(6): 29-32. doi: 10.3969/j.issn.1007-869X.2013.06.008

    LI Yuankun, MIAO Yanying. Enlightenment of modern tram construction and development in foreign countries[J]. Urban Mass Transit, 2013, 16(6): 29-32. doi: 10.3969/j.issn.1007-869X.2013.06.008
    翟婉明,赵春发. 现代轨道交通工程科技前沿与挑战[J]. 西南交通大学学报,2016,51(2): 209-226. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2016.02.001

    ZHAI Wanming, ZHAO Chunfa. Frontiers and challenges of sciences and technologies in modern railway engineering[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2016, 51(2): 209-226. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2016.02.001
    李芾,杨阳. 城市自导向胶轮电车技术特点与应用[J]. 西南交通大学学报,2016,51(2): 291-299. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2016.02.009

    LI Fu, YANG Yang. Characteristics and application of urban rubber-tyred self-steering trams[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2016, 51(2): 291-299. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2016.02.009
    胥燕军,林红松,王健,等. 现代有轨电车轨道结构综述[J]. 铁道标准设计,2014,56(7): 58-62.

    XU Yanjun, LIN Hongsong, WANG Jian, et al. Overview on track structure for modern tramway[J]. Railway Standard Design, 2014, 56(7): 58-62.
    牛月明,戴月辉. 钢轨嵌入式轨道结构及其设计优化[J]. 城市轨道交通研究,2003,6(6): 100-102. doi: 10.3969/j.issn.1007-869X.2003.06.024

    NIU Yueming, DAI Yuehui. The structure of embedded track[J]. Urban Mass Transit, 2003, 6(6): 100-102. doi: 10.3969/j.issn.1007-869X.2003.06.024
    秦超红. 嵌入式轨道线路稳定性研究[D]. 成都: 西南交通大学, 2014.
    李娟,胥燕军,任娟娟. 现代有轨电车单层板轨道结构参数研究[J]. 铁道标准设计,2015,59(4): 24-27.

    LI Juan, XU Yanjun, REN Juanjuan, et al. Study on parameters of modern tram single plate track structure[J]. Railway Standard Design, 2015, 59(4): 24-27.
    毕澜潇,赵坪锐,林红松,等. 嵌入式轨道PVC管埋设方式对轨道结构受力影响分析[J]. 铁道标准设计,2017,61(7): 37-42.

    BI Lanxiao, ZHAO Pingrui, LIN Hongsong, et al. Analysis on force effect of embedded track pvc tube on track structure[J]. Railway Standard Design, 2017, 61(7): 37-42.
    张朝晖. ANSYS 12.0结构分析工程应用实例讲解[M]. 北京: 机械出版社, 2010: 539-546
    林红松,颜华. 有轨电车埋入式无砟轨道及关键部件型式研究[J]. 铁道工程学报,2016(6): 60-65. doi: 10.3969/j.issn.1006-2106.2016.06.013

    LIN Hongsong, YAN Hua. Type research on the embedded ballastless track structures and key components of modern tram way[J]. Journal of Railway Engineering Society, 2016(6): 60-65. doi: 10.3969/j.issn.1006-2106.2016.06.013
    李成辉. 轨道[M]. 成都: 西南交通大学出版社, 2012: 68-70
    MARKINE V, DE MAN A, JOVANOVIC S, et al. Modelling and optimisation of an embedded rail structure[J]. Rail International, 2000(1): 15-23.
    伍先俊,朱石坚,曹建华. 结构声振研究的功率流方法[J]. 力学进展,2006,36(3): 362-372.

    WU Xianjun, ZHU Shijian, CAO Jianhua. Review on structural vibration power flow prediction methods[J]. Advances in Mechanics, 2006, 36(3): 362-372.
    伍先俊,程广利,朱石坚. 最小振动功率流隔振系统ANSYS优化设计[J]. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2005,29(2): 186-189. doi: 10.3963/j.issn.2095-3844.2005.02.007

    WU Xianjun, CHENG Guangli, ZHU Shijian. Isolation system optimization by ansys for minimizing vibration power flow[J]. Journal of Wuhan University of Technology (Transportation Science & Engineering), 2005, 29(2): 186-189. doi: 10.3963/j.issn.2095-3844.2005.02.007
    吴永芳. 轨道减振效果系统评价方法研究[J]. 中国铁道科学,2013,34(3): 1-6. doi: 10.3969/j.issn.1001-4632.2013.03.01

    WU Yongfang. Investigation into the evaluation method for vibration damping effect of track systems[J]. China Railway Science, 2013, 34(3): 1-6. doi: 10.3969/j.issn.1001-4632.2013.03.01
  • 加载中
图(6) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  618
  • HTML全文浏览量:  242
  • PDF下载量:  31
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2017-10-16
  • 修回日期:  2017-12-26
  • 网络出版日期:  2018-03-06
  • 刊出日期:  2019-12-01

目录

    /

    返回文章
    返回