[发明专利]一种基于两次试验设计的弹条几何参数优化方法

说明书

技术领域

本发明属于轨道交通领域，特别涉及一种基于两次试验设计的弹条几何参数优化方法。

背景技术

扣件系统对保证轨道弹性和轨道几何尺寸起着重要作用，直接影响列车运行的安全性和舒适性。形状复杂的弹条是实现扣件系统功能的重要部件，承受着弯曲、扭转、疲劳和腐蚀等多种作用，在车辆通过时，还要承受极高的瞬时冲击载荷。然而其线形复杂、影响参数众多，且相关关联，给弹条优化设计带来很大挑战。

目前，我国的弹条样式较之国外甚少，以e型和ω型为主，且各种类之间的变化不明显。同时，弹条的优化主要以经验和试错法为主，效率较低。国内外针对弹条设计参数和力学性能的关系研究甚少，仅从单一参数对比的层面展开了部分研究，并未考虑各参数之间的交互作用。基于传统优化方法，指出了相关指标；基于积累的相关生产经验，作了些简单的优化。

试验设计(DOE)方法，运用数理统计和概率论的知识，多方向同时寻找优化目标。常用的试验设计采用的是正交试验的方法，效率十分低下，比如常用的ω型弹条一般有9～12个参数，如果采用正交试验，则至少需要2⁹＝512次试验，对试验数据的分析也是一项庞大的工作。此外，并不是每个参数对弹条性能的影响都非常显著。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于两次试验设计的弹条几何参数优化方法，只需进行少量的样本计算即可获取不同几何参数对弹条性能的影响显著程度，同时探究其对弹条性能的影响规律，既保证了计算结果的准确性，又提高了效率，实现弹条结构的优化目的。

本发明解决上述技术问题所采取的技术方案如下：

本发明的一种基于两次试验设计的弹条几何参数优化方法，包括如下步骤：

(1)确定影响弹条结构的几何参数，选择出全部或部分参数作为试验因子，各因子记为X＝[x₁,x₂,…,x_m]，其中m为试验因子的个数，并确定各试验因子的最小值与最大值，并设定优化设计目标；

(2)根据所述的几何参数因子及优化设计目标，并根据确定性筛选试验设计原理构造初始试验设计表；

(3)根据初始试验设计表进行试验不同几何参数的弹条力学性能，筛选出各几何参数因子中影响优化设计目标最显著的几何参数；

(4)根据筛选出的几何参数因子及优化目标，并根据响应曲面试验设计构造二次试验设计表；

(5)根据所述二次试验设计表进行试验，根据影响显著的几何参数与优化设计目标，拟合弹条性能的回归函数；

(6)调整几何参数因子的取值，完成参数优化。

本发明的有益效果是，采用二次不同的试验设计，从多个几何参数中筛选出对弹条性能影响最显著的因子，进行进一步深度优化，最终获得弹条几何参数的最优解；采用确定性筛选试验设计与响应曲面设计，可大幅度降少试验次数，两次试验设计的总次数不超过60次，提高了工作效率，并能获得良好的效果；通过筛选出对弹条性能影响最显著的因子，减少了参数，也降低了设计工作量。

附图说明

本说明书包括如下六幅附图：

图1是本发明一种基于两次试验设计的弹条几何参数优化方法的流程图；

图2是实施例弹条的侧视图；

图3是实施例弹条的前视图；

图4是实施例弹条的俯视图；

图5是实施例弹条的平面展开图；

图6是实施例弹条优化后的应力图。

具体实施方式

以下结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

参照图1，本发明的一种基于两次试验设计的弹条几何参数优化方法，包括如下步骤：

(1)确定影响弹条结构的几何参数，选择出全部或部分参数作为试验因子，各因子记为X＝[x₁,x₂,…,x_m]，其中m为试验因子的个数，并确定各试验因子的最小值与最大值，并设定优化设计目标；

(2)根据所述的几何参数因子及优化设计目标，并根据确定性筛选试验设计原理构造初始试验设计表；

(3)根据初始试验设计表进行试验不同几何参数的弹条力学性能，筛选出各几何参数因子中影响优化设计目标最显著的几何参数；

(4)根据筛选出的几何参数因子及优化目标，并根据响应曲面试验设计构造二次试验设计表；