李娅娜 于海玲 邱广宇

摘要：

针对地铁车辆座椅模型加载范围广和座椅支架结构对称的特点，在进行地铁车辆座椅支架拓扑优化时，采用SIMP理论建立数学模型，同时引进子结构和模式重复方法，优化得到符合设计要求的结构。对比结果认为：优化后的地铁车辆座椅支架质量减轻49%，地铁车辆整体的强度性能增强，可达到地铁车辆座椅支架轻量化的目标。

关键词：

拓扑优化； 子结构法； 模式重复； 地铁车辆； 座椅支架； 柔顺性

中图分类号： U270.38

文献标志码： B

Topology optimization of metro vehicle seat support

based on substructure and mode repetition

LI Yana， YU Hailing， QIU Guangyu

（

College of Traffic and Transportation Engineering， Dalian Jiaotong University， Dalian 116028， Liaoning， China）

Abstract：

In view of the wide loading range of the metro vehicle seat model and the seat support structure symmetry features， the topology optimization of the metro vehicle seat support is carried out. The mathematical model of topology optimization is built by SIMP theory. The substructure method and the mode repetition are presented to optimize the structure， which meets the requirements of the design. The comparison results show that the mass of the optimized metro vehicle seat support is reduced by 49%， and the whole strength of the metro vehicle is enhanced， which can meet the lightweight target of the metro vehicle seat bracket.

Key words：

topology optimization； substructure method； mode repetition； metro vehicle； seat support； flexibility

收稿日期： 2017-11-27

修回日期： 2017-12-13

作者簡介：

李娅娜（1977—），女，辽宁大连人，副教授，博士，研究方向为车辆结构设计与现代设计方法，（E-mail）lyn1977522@163.com

0 引 言

地铁在中国的地位举足轻重，低成本、轻量化设计是其发展的主要方向。[1]SIMP理论通过引入惩罚因子，在结构刚度和相对密度之间建立一种非线性关系。对于大型地铁车辆结构，采用合适的拓扑优化技术和子结构技术，有利于地铁车辆的轻量化发展。座椅支架是地铁车辆座椅非常重要的组成部分，起到承载和传递各种力的作用，因此，研究如何减轻地铁车辆座椅支架的质量非常必要。

目前，一些学者在拓扑优化设计方面进行很多研究。在汽车领域：吴仕赋[2]对汽车支架拓扑优化设计进行研究，提出优化设计方案并进行改进，使得机械结构和机械零部件质量减轻、结构可靠；杨天云等[3]对CAE在汽车座椅轻量化设计中的应用进行研究，以汽车座椅靠背为研究对象，运用密度法对汽车座椅骨架进行拓扑优化设计，最终达到座椅轻量化的目的；……