[发明专利]一种轨道交通车辆齿轮箱箱体静动态特性联合分析与优化方法

权利要求书

1.一种轨道交通车辆齿轮箱箱体静动态特性联合分析与优化方法，其特征在于,包括以下步骤：

S1：对齿轮箱箱体进行模态参数识别；

S2：获得瞬态最大应力、最大变形等动态特性指标；

S3：进行第一次拓扑优化设置；

S31：优化策略判断，选择各阶固有频率最大为目标函数进行第一次拓扑优化；分别比较静力分析和瞬态动力学分析得到的应力、变形等性能指标，若静力分析得到的静态特性指标优于瞬态动力学分析得到的动态特性指标，则以瞬态柔度最小为另一目标函数进行第二次拓扑优化；反之以静态柔度最小为另一目标函数进行二次拓扑优化；

S32：第一次优化设置，利用ANSYS Workbench的Topology Optimization模块优化箱体的固有频率，为避免陷入局部最优，忽略原始几何模型的肋板等结构，制作箱体抽象模型，将吊杆位置和轴承孔附近设定为非设计域，其它部分设定为设计域，定义目标函数为前5阶固有频率的加权目标函数为：

Λ为目标函数，λ_i为第i阶固有频率的权重系数，f_i为第i阶固有频率，这里取λ₁＝0.4，λ₂＝0.3，λ₃＝0.2，λ₄＝λ₅＝0.05，这一次拓扑优化的约束条件为保留的体积分数不高于30％；

S33：第一次拓扑优化，在ANSYS Workbench中令目标函数最大化，得到箱体材料在空间中的分布位置及分布形式的结构拓扑密度云图；

S34：概念模型生成，根据结构拓扑密度云图提炼优化后结构的主要特征，在SolidWorks中修改S32中箱体抽象模型的几何特征，得到第一次拓扑优化后的材料密度云图设计的箱体概念模型；

S4：进行第二次拓扑优化设置；

S41：第二次优化设置，将S34所得到的概念模型导入ANASYS Workbench中，划定轴承孔内孔面和吊杆安装端面为非设计域，利用ANSYS Workbench的Topology Optimization模块优化箱体的最大应力；定义目标函数为各工况对应柔度的加权目标函数为：

Π为第二次拓扑优化的目标函数，ξ_j为工况j所占的权重系数，这里根据各工况出现的频率取ξ₁＝0.4，ξ₂＝0.4，ξ₃＝0.01，ξ₄＝0.1；η_j是工况j时的柔度；

S42：第二次拓扑优化，在ANSYS Workbench中令目标函数Π最大化，得到箱体材料在空间中的分布位置及分布形式的材料密度云图；

S43：改进模型生成，根据结构拓扑密度云图提炼二次拓扑优化后结构的主要特征，在Solidworks中修改概念模型的几何特征，得到改进模型；

S44：最终模型生成，在SolidWorks中结合结构工艺性要求进行几何修复和详细设计，得到最终模型。