基于多目标遗传算法的复合材料轨枕试验工装优化设计

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20251128.016

复合材料科学与工程 ›› 2025, Vol. 0 ›› Issue (11): 131-136.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20251128.016

基于多目标遗传算法的复合材料轨枕试验工装优化设计

许琛, 张庆凯, 秦俊飞^*, 黄承

中国船舶集团第七二五研究所洛阳双瑞橡塑科技有限公司,洛阳 471000

收稿日期:2024-09-18 出版日期:2025-11-28 发布日期:2025-12-24
通讯作者: 秦俊飞(1987—),男,硕士研究生,工程师,研究方向为复合材料结构分析,qin_junfei@163.com。
作者简介:许琛(1988—),男,硕士研究生,工程师,研究方向为结构力学和高分子材料。

Optimization design of test tooling for composite sleeper based on multi-objective genetic algorithm

XU Chen, ZHANG Qingkai, QIN Junfei^*, HUANG Cheng

Luoyang Ship Material Research Institute, Luoyang Sunrui Rubber & Plastic Science and Technology Co., Ltd., Luoyang 471000, China

Received:2024-09-18 Online:2025-11-28 Published:2025-12-24

摘要/Abstract

摘要： 某复合材料枕木设计荷载约为1 000 kN,根据中国铁路总公司规定,复合材料枕木须满足枕木成品弯曲荷载作用下变形要求。因此,须设计合理的加载工装,以满足加载要求。本文基于材料力学理论以及Kriging模型,建立了加载工装目标参数对不同截面尺寸的响应面,在此基础上采用多目标遗传算法对其进行了多目标优化,最终获得了最优的加载工装截面尺寸组合。并根据优化后截面尺寸,借助有限元软件计算了工装的抗弯曲性能。结果表明,该加载工装可以承受100 t的荷载而不发生塑性变形。

关键词: 复合轨枕工装, 弯曲荷载, Kriging模型, 响应面, 多目标遗传算法, 结构优化

Abstract: A composite sleeper’s design load is 1 000 kN, it must meet deformation requirements of sleeper’s bending load. So the test tooling must be designed to meet the requirements of bending load. This paper established the response surface of target parameters to section sizes based on the theory of material mechanics and Kirging model. Based on this, the tooling was obtained by multi-objective genetic algorithm, and finally, was obtained the optimal combination of tooling’s section size. Then bending resistance of the tooling was calculated according to optimized section sizes by FEM. Thereafter, the tooling was manufactured based on the optimized section sizes. The result show that this tooling did not create any plastic deformation with a 1 000 kN load.

Key words: composite rail sleeper tooling, bending load, Kriging model, response surface, multi-objective genetic algorithm, structure optimization

中图分类号:

TB332

许琛, 张庆凯, 秦俊飞, 黄承. 基于多目标遗传算法的复合材料轨枕试验工装优化设计[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(11): 131-136.

XU Chen, ZHANG Qingkai, QIN Junfei, HUANG Cheng. Optimization design of test tooling for composite sleeper based on multi-objective genetic algorithm[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2025, 0(11): 131-136.

参考文献

[1] ZHAO J, CHAN A H C, BURROW M P N. Reliability analysis and maintenance decision for railway sleepers using track condition information[J]. The Journal of the Operational Research Society, 2007, 58(8): 1047-1055.
[2] KAEWUNRUEN S, REMENNIKOV A M. Dynamic flexural influence on a railway concrete sleeper in track system due to a single wheel impact[J]. Engineering Failure Analysis, 2009, 16(3): 705-712.
[3] 张骞, 孟宪洪, 凌烈鹏, 等. 重载铁路大跨度钢桁梁桥复合材料轨枕适应性[J]. 机械工程学报, 2019, 55(8):145-153.
[4] 宋佳宁. 复合轨枕道床横向阻力研究与优化分析[D]. 北京: 北京交通大学, 2019.
[5] 吴飞, 袁来, 沈大伟. 改进NSGA-Ⅱ算法的机械臂多目标轨迹优化[J/OL]. 机械科学与技术, 2024, 1-12[2024-11-07]. https://doi.org/10.13433/j.cnki.1003/8728.20240146.
[6] 龚超, 贺尚红, 杨庚, 等. 直臂式高空作业平台变幅机构多目标优化[J/OL]. 重庆大学学报, 2024, 1-14[2024-11-07]. https://kns.cnki.net/kcms/detail/50.1044.N.20241009.1542.002.html.
[7] 张步云, 邹康, 王勇. 低地板电动客车车顶结构多目标优化[J]. 机械设计与制造, 2025(3): 226-230, 236.
[8] 赵海涛, 李超逸. 可降解聚合物血管支架结构优化设计与力学性能分析[J]. 辽宁工业大学学报(自然科学版), 2024, 44(4): 234-244.
[9] 盛守林, 赵丽梅, 汪龙华. 基于响应面法的磨床砂轮主轴多目标优化[J]. 机械设计与制造, 2025(2): 144-148, 152.
[10] 陈超, 高全杰. 基于NSGA-Ⅱ遗传算法的定轴注射模具成型工艺参数优化[J]. 农业装备与车辆工程, 2024, 62(8): 153-157.
[11] 林壮壮. 无人机复合材料机翼结构分级优化研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2019.
[12] 毛君, 郭光领, 谢苗. 迈步式拱形超前支护装备的有限元分析及顶梁结构优化[J]. 机械强度, 2019, 41(6): 1400-1407.
[13] 阎心怡, 潘熙希, 等. 大跨距柴油机组对中工装优化设计[J]. 船海工程, 2023, 52(5): 126-130.
[14] 段勇奇, 赵振平, 等. 尼龙锁紧套冲击荷载测试工装优化设计[J]. 材料开发与应用, 2021, 36(6): 44-48.
[15] 龙驭球, 包世华, 袁驷. 结构力学[M]. 北京: 高等教育出版社, 2001.
[16] 刘鸿文. 材料力学[M]. 北京: 高等教育出版社, 2011.
[17] 任明, 孙涛, 石永金, 等. 基于Kriging近似模型的车架轻量化优化[J]. 机械强度, 2019, 41(6): 1372-1377.
[18] 张鹏. 基于遗传算法的纯电动汽车的多目标能耗优化[D]. 合肥: 合肥工业大学, 2019.
[19] 张耀, 杜荣法, 赵新超, 等. 基于多目标遗传算法的电机噪声优化[J]. 微特电机, 2020, 48(4): 21-25.
[20] SRINIVAS N, DEB K. Mutiobjective optimization using nondominated sorting in genetic algorithms[J]. Evolutionary Computation, 1994, 2(3): 221-248.
[21] 李涛. 基于改进非支配排序遗传算法的多目标陶瓷配方优化应用研究[D]. 景德镇: 景德镇陶瓷大学, 2024.

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Optimization design of test tooling for composite sleeper based on multi-objective genetic algorithm

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[1]	孙昕阳, 武涛, 朱兆轩, 黄严. 复合材料螺栓连接参数对承载强度的影响及优化[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(11): 20-29.
[2]	杨国勇, 刘振宇, 张楠, 孔浩强. 碳/碳复合材料针刺制品性能分析及工艺参数优化[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(11): 79-85.
[3]	金想想, 马远卓, 赵振宙, 许波峰, 李洪双. 复合材料风力机叶片参数化设计及优化[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(8): 39-44.
[4]	张燚聪, 陈建稳. PVDF膜材双轴全域拉伸非线性及力学参数研究[J]. 复合材料科学与工程, 2024, 0(4): 5-13.
[5]	张学文, 王继辉, 陈宏达, 倪爱清. 单向增强热塑性复合材料热冲压成型仿真与优化[J]. 复合材料科学与工程, 2023, 0(6): 104-114.
[6]	梁力, 纪小飞, 孟兆康, 陈西锋. 基于刚柔耦合动力学仿真的起落架舱门优化[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(6): 45-51.
[7]	吕佳镁, 马贵春, 郭靖宇, 李云浩, 郑俊旺, 王政. 基于温度场的热压罐成型模具优化设计[J]. 复合材料科学与工程, 2021, 0(11): 82-87.
[8]	陈广豪, 梁智洪, 张芝芳. 不同复合材料板簧的性能比较及结构优化[J]. 复合材料科学与工程, 2020, 0(6): 35-45.
[9]	田洪雷, 王明, 蔡计杰, 孙昊. 铺层结构对复合材料层压板隔声性能的影响研究[J]. 复合材料科学与工程, 2020, 0(4): 90-95.
[10]	王涛, 黄灵丽, 刘育建, 侯锐钢. 基于ANSYS的纤维增强塑料接头连接件性能研究和结构优化[J]. 复合材料科学与工程, 2020, 0(2): 32-38.
[11]	张建民, 王亚朋, 赵旻旻. 2 MW复合材料机舱罩结构优化研究[J]. 玻璃钢/复合材料, 2017, 0(8): 83-87.
[12]	刘峰, 高鸿渐, 喻辉, 代海亮. 基于有限元的四旋翼无人机碳纤维结构优化设计与固有模态分析[J]. 玻璃钢/复合材料, 2017, 0(4): 17-23.
[13]	孙士平, 邓同强, 胡政. 丝束变角度层合板频率性能的参数化分析与优化[J]. 玻璃钢/复合材料, 2016, 0(8): 27-32.
[14]	刘波,陆振玉,袁东明,马经纬. 复合材料无人机机翼布局的二级优化方法[J]. 玻璃钢/复合材料, 2016, 0(4): 31-35.
[15]	卢彬, 黄争鸣. 风机叶片固有频率的一种传递函数解法[J]. 复合材料科学与工程, 2015, 0(12): 28-34.