Dynamic size optimization approach to support railway carbody lightweight design process

过程(计算) 情态动词 工程类 模态分析 结构工程 功率(物理) 振动 约束(计算机辅助设计) 计算机科学 机械工程 有限元法 量子力学 操作系统 物理 化学 高分子化学
作者
Alessio Cascino,Enrico Meli,Andrea Rindi
出处
期刊:Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part F: Journal of Rail and Rapid Transit [SAGE]
卷期号:237 (7): 871-881 被引量:16
标识
DOI:10.1177/09544097221140933
摘要

The transition to a globalised electrical power supply pushes rolling stock manufacturers to find structural solutions for reducing the power required by the vehicles. Within a market where details can make the difference in economic terms, the concept of design optimization is becoming established. However, current industrial procedure for the evaluation of carbody structural strength, in static field and according to EN 12663-1:2015 standard, does not include any optimization process. More in general, optimization processes, and especially dynamic optimization, are not widely used for designing of railway vehicles. In this framework, the present paper proposes a new dynamic optimization approach to support the design of railway vehicle carbodies subjected to static loads. Proposed methodology aims to minimize the mass of the metallic structure, working on the thicknesses of the optimized components, maintaining the baseline geometry. The constraint function was imposed on the first natural vibration frequency of the system. The optimization strategy is based on a dynamic size optimization process in conjunction with modal analysis techniques, applied on the single carbody shell. The procedure has involved the roof assembly of a single tram vehicle body. The proposed approach is resulted numerically efficient in terms of calculation times. Encouraging results have been achieved in terms of mass saving and mechanical behaviour of the carbody shell. Optimized components were 21% lighter than the original, that corresponds to 3% if evaluated on the total mass of the single carbody metallic structure. The methodology turns out to be a useful tool for supporting designers to reduce the mass of the carbody structures, reducing overdimensioning condition that could affect the carbody structure.
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