• ISSN 0258-2724
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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
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    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
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    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
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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

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