高速列车吸能结构开孔设计及结构优化

作者：陈劼昊; 梁习锋; 许平^*; 车全伟

来源：铁道科学与工程学报, 2022, 19(06): 1502-1510.

DOI：10.19713/j.cnki.43-1423/u.t20210632

• 开孔结构
• 耐撞性优化
• 混合代理模型
• 多胞结构
• 冲击试验

通过在高速列车端部的多胞吸能结构中加入纵向开孔方案，来提高结构的耐撞性能。研究通过有限元软件LSDYNA建立开孔结构的有限元模型，并通过动态冲击试验验证该模型的准确性。在此基础上，提出使用径向基函数代理模型(Radial Basis Function,RBF)和深度信念网络(Deep Belief Network,DBN)结合构建吸能结构的混合代理模型。采用多目标遗传算法对开孔的位置、大小以及结构的厚度进行参数优化设计，以峰值力(Peak Crash Force,PCF)和比吸能(Specific Energy Absorption,SEA)为优化目标，寻找最佳的开孔参数。研究结果表明：在多胞结构中进行纵向开孔设计能够有效提高结构耐撞性能，尤其在结构的峰值力和比吸能上有着较好的效果。此外，对比RBF代理模型和混合代理模型的耐撞性指标的拟合精度，RBF代理模型在经过DBN优化后，吸能量(Energy Absorption,EA)代理模型的最大相对误差和平均相对误差分别从12%和8%降低到4%和2%。比吸能代理模型的最大相对误差和平均相对误差分别从9%和5%降低到5%和2%，说明混合代理模型能够进一步提高RBF代理模型的精度。和初始开孔设计相比较，优化后的开孔方案在保持原有吸能量的基础上，使结构的比吸能从提高2%到提高6%，峰值力从降低3%到降低7%，优化后的开孔参数更为合理。

• 单位
  中南大学