跨座式单轨车辆实验台结构优化方法、系统及电子设备

本发明涉及模型优化，尤其是涉及一种跨座式单轨车辆实验台结构优化方法、系统及电子设备。

背景技术：

1、轨道车辆试验台具有可缩短车辆研发周期、节省轨道车辆试验成本和对比线路动态试验更加安全、灵活的特点，可以为轨道车辆的研发和检验提供具有参考价值的试验数据，对于跨座式单轨车辆，在国内可供其进行线路动态试验的线路较少，并且跨座式单轨车辆不同车型之间各类技术参数差异较大，通过车辆试验台对跨座式单轨车辆进行模拟试验是车辆研发和上线检验阶段的重要环节。

2、对于跨座式单轨车辆模拟试验的实验台，通过三维软件ug建立三维模型，并进行试验台的整体虚拟装配，再通过有限元软件 hypermesh 软件以试验台整体三维模型为基础，对其进行网格划分、材料定义和约束、边界条件施加，构建试验台的有限元模型。通过有限元软件 ansys 对试验台进行有限元分析，得到在被试车辆为 a 型单轨车辆的工况下的应力、形变和前六阶非刚体模态分析结果，进一步验证试验台设计的合理性，并后续试验台结构优化提供数据支撑。

3、然而，对于有限元处理后的跨座式单轨车辆模拟试验台模型，整体试验台的最大位移点出现在旋转平台的支撑平台处，并且旋转平台顶板材料冗余严重，其具有较大的结构优化空间，基于此，提出一种跨座式单轨车辆实验台结构优化方法。

技术实现思路

1、本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出了一种车用波纹管性能评估方法、系统、电子设备及存储介质。

2、第一方面，本技术实施例提供一种跨座式单轨车辆实验台结构优化方法，包括：

3、获取有限元分析处理后的跨座式单轨车辆实验台，确定待重构的支撑平台区域；

4、根据所述支撑平台区域划分非设计域以及优化设计域，对所述非设计域及优化设计域预处理得到设计几何域；

5、根据设计几何域重构对支撑平台模型进行拓扑优化，基于拓扑优化结果得到支撑平台重构模型，基于重构模型确定结构的输出响应；

6、根据所述输出响应以及拉丁超方抽样得到的设计变量和输出数据构建代理模型；

7、对所述代理模型基于全局响应面法及遗传算法进行多目标优化设计确定模型优化方案；

8、基于所述模型优化方案对所述代理模型优化，并对优化后的模型进行有限元分析以检测结构协同优化的效果及准确性。

9、根据本技术的一些实施例，所述根据所述支撑平台区域划分非设计域以及优化设计域，对所述优化设计域预处理得到设计几何域，包括：

10、将原支撑平台的面板几何区域作为非设计域，将原加强筋板分布几何区域进行空间填充作为结构优化设计域；

11、对所述非设计域设定为矩形钢板区域，并保存空间结构特征不变；

12、对所述优化设计域的基结构中去除设计空间的多余材料，以生成加强筋材料的分布形式。

13、根据本技术的一些实施例，所述根据设计几何域重构对支撑平台模型进行拓扑优化，基于拓扑优化结果得到支撑平台重构模型，基于重构模型确定结构的输出响应，包括：

14、根据所述设计几何域重构支撑平台模型，对所述支撑平台模型进行多级处理以及进行参数优化得到拓扑优化模型；

15、基于所述拓扑优化模型的拓扑优化结果，确定结构的输出响应；

16、根据本技术的一些实施例，所述根据根据所述设计几何域重构支撑平台模型，对所述支撑平台模型进行多级处理以及进行参数优化得到拓扑优化模型，包括：

17、根据所述支撑平台模型确定设计域中去除材料子域以及非设计域；

18、根据所述去除材料子域以及非设计域，对需要去除材料的设计域用三维实体单元网格进行划分，对非设计域用二维壳单元网格进行划分；

19、对网格划分后的支撑平台模型进行材料属性定义，其中，所述材料属性定义包括弹性模量、泊松比以及材料密度；

20、基于属性定义后的支撑平台模型，对模型中支撑平台与铰支座和导轨之间的连接部位进行固定约束，对节点设置所有自由度进行全约束；

21、对模型设置对称约束和拔模约束并引入惩罚因子对离散参数进行设定，以及

22、设定模型的体积分数及柔度两种响应，以支撑平台的柔度最小为优化目标，以体积分数为约束条件。

23、根据本技术的一些实施例，所述基于所述拓扑优化模型的拓扑优化结果，确定结构的输出响应，包括：

24、基于所述拓扑优化模型的拓扑优化的材料布局，对拓扑加强筋结构分布轮廓线进行描述和整理；

25、并对加强筋进行简化和位置的调整，以及将均匀、规格化的矩形截面钢替代拓扑材料布局，确定加强筋的尺寸参数；

26、根据加强筋的位置及尺寸参数，对各加强筋的宽度进行设计变量并对设计变量进行范围取值定义；

27、基于设计变量后的支撑平台结构，确定包括最大应力、质量、形变和固有频率的输出响应。

28、根据本技术的一些实施例，根据所述输出响应以及拉丁超方抽样得到的设计变量和输出数据构建代理模型，还包括：

29、根据拉丁超方抽样得到的设计变量和输出响应数据，使用响应面模型、径向基模型和克里格模型建立代理模型，并分别对三种模型进行诊断，其中，诊断过程包括输入数据诊断、验证数据诊断以及交叉诊断；

30、对诊断后的代理模型基于无量纲的确定系数 r2 和有量纲的均方根 rmae进行精度评估。

31、根据本技术的一些实施例，所述对诊断后的代理模型基于无量纲的确定系数 r2和有量纲的均方根 rmae进行精度评估，包括：

32、根据确定系数r2判断代理模型的精度，其中，确定系数 r2的计算公式为：

33、

34、式中，、、分别为第组测试样本点的真实函数值、近似函数值和m组测试样本点对应函数值的平均值。 根据有量纲的均方根rmae判断代理模型的局部精度，其中，均方根rmae的计算公式为：

35、

36、式中，、分别为第组测试样本点的真实函数值、m组测试样本点对应函数值的平均值，为的标准差。

37、第二方面，本技术实施例提供一种跨座式单轨车辆实验台结构优化系统，包括：

38、获取模块，被配置为获取有限元分析处理后的跨座式单轨车辆实验台，确定待重构的支撑平台区域；

39、区域划分模块，被配置为根据所述支撑平台区域划分非设计域以及优化设计域，对所述非设计域及优化设计域预处理得到设计几何域；

40、第一模型优化模块，被配置为根据所述设计几何域重构支撑平台模型，对所述支撑平台模型进行多级处理以及进行参数优化得到拓扑优化模型，其中，所述参数优化包括对模型设置对称约束和拔模约束并引入惩罚因子对离散参数进行设定，以及设定模型的体积分数及柔度两种响应，以支撑平台的柔度最小为优化目标，以体积分数为约束条件；

41、代理模型重构模块，被配置为基于所述拓扑优化模型的拓扑优化结果，确定结构的输出响应，根据所述输出响应以及拉丁超方抽样得到的设计变量和输出数据构建代理模型；

42、第二模型优化模块，被配置为对所述代理模型基于全局响应面法及遗传算法进行多目标优化设计确定模型优化方案；

43、检测模块，被配置为基于所述模型优化方案对所述代理模型优化，并对优化后的模型进行有限元分析以检测结构协同优化的效果及准确性。

44、第三方面，本技术实施例还一种电子设备，其特征在于，包括：

45、至少一个处理器；以及

46、与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

47、所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行实现上述第一方面实施例中任一项所述的跨座式单轨车辆实验台结构优化方法的步骤。

48、第四方面，本技术实施例还一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，所述计算机程序指令被处理器执行实现上述第一方面实施例中任一项所述的跨座式单轨车辆实验台结构优化方法的步骤。

49、与现有技术相比，本技术上述实施例提供的技术方案至少包括以下有益效果：

50、本技术提供一种跨座式单轨车辆实验台结构优化方法，方法通过对预先创建支撑平台区域划分非设计域以及优化设计域并进行预处理重构支撑平台模型，1）对支撑平台模型进行多级处理以及进行参数优化得到拓扑优化模型，其中，参数优化包括对模型设置对称约束和拔模约束并引入惩罚因子对离散参数进行设定，以及设定模型的体积分数及柔度两种响应，以支撑平台的柔度最小为优化目标，以体积分数为约束条件，优化并确定支撑平台在不同体积分数下的材料分布下最优柔顺度；2）依据其拓扑结构的材料布局，先进行拓扑结构材料分布轮廓线的描述和整理，再根据实际情况进行简化和位置的调整，最后以均匀、规格化的矩形截面钢替代拓扑材料布局，实现模型重构，从而在一定程度保持拓扑布局的基础上，规整、简化材料分布形式；3）以及使用响应面模型、径向基模型和克里格模型建立代理模型，并分别对三种模型进行诊断，通过对诊断后的代理模型基于无量纲的确定系数 r2和有量纲的均方根 rmae进行精度评估，得到精度更高的代理模型；4)基于模型优化方案对代理模型优化，并对优化后的模型进行有限元分析以检测结构协同优化的效果及准确性。5）通过拓扑优化和尺寸优化协同优化的方法对跨座式单轨车辆试验台的支撑平台进行结构优化，并在尺寸优化中引入代理模型方法，提高多目标尺寸优化的计算效率，通过优化结果表明，通过协同优化在大幅降低支撑平台结构质量的同时，提高了支撑平台的工作性能。

51、本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。