Алгоритм градиентного метода оптимизации несущих элементов кузовов вагонов
Оптимизация несущих элементов кузовов вагонов с целью улучшения технико-экономических показателей вагона. Алгоритм градиентного метода оптимизации для параметрической и структурной оптимизации несущих систем. Оптимальный вариант на глобальность оптимума.
| Рубрика | Транспорт |
| Вид | дипломная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.05.2018 |
| Размер файла | 67,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
6
Размещено на http://www.allbest.ru/
Алгоритм градиентного метода оптимизации несущих элементов кузовов вагонов
В.П. Лозбинев, Ф.Ю. Лозбинев,
Г.А. Федяева, Г.С. Михальченко
Аннотация
Описан алгоритм градиентного метода оптимизации, удобного для параметрической и структурной оптимизации несущих систем кузовов вагонов. Предложена процедура анализа оптимального варианта на глобальность оптимума.
Ключевые слова: несущая система, оптимизация, целевая функция, градиентный метод, алгоритм, глобальность оптимума.
Основное содержание исследования
Оптимизация несущих элементов кузовов вагонов позволяет улучшить технико-экономические показатели вагона.
Существует ряд методов оптимизации, среди которых градиентный метод отличается повышенной точностью. Однако специфика конструкций вагонов значительно осложняет применение градиентного метода для оптимизации кузова вагона, поэтому актуальной является задача разработки алгоритма, удобного для оптимизации на практике. Решению данной задачи посвящена настоящая работа.
Построение алгоритма градиентного метода оптимизации. Образуем функцию цели [2]
(1)
где - площади поперечных сечений несущих элементов кузова; - длины несущих элементовфункция ограничения по прочности i-го элемента; - максимальные напряжения в i - м элементе от совокупности эксплуатационных нагрузок; - допускаемое напряжение.
= 1, если ;
= 0, если ,
где Fimin - минимальное по конструктивным ограничениям значение площади поперечного сечения i - го элемента; - значение площади поперечного сечения на k - й итерации оптимизационного процесса.
Функция (1) учитывает объем материала и ограничения, причем компонент, учитывающий ограничения, образует штрафную добавку к объему материала (при невыполнении ограничения, когда , объем материала возрастает). Для определения минимума целевой функции (1) воспользуемся градиентным методом. Применяя конечноразностную аппроксимацию, получаем следующее выражение для i - го компонента градиента целевой функции [1]:
(2)
где m - число элементов кузова, для которых k = 1; - приращение максимальных напряжений в i-м элементе при увеличении площади поперечного сечения одного i - го элемента на .
Выражение (2) показывает, что для определения компонента вектораградиента необходимо выполнить m раз расчет кузова. Вычислительный процесс можно упростить, если воспользоваться приближенным выражением для функции (2), пренебрегая вторым компонентом. В этом случае компоненты вектора градиента на каждой итерации пропорциональны максимальным напряжениям в элементах кузова. На каждом шаге итерационного процесса требуется только однократный расчет кузова на прочность. Это характерно для известного метода проектирования дискретно равнонапряжённой конструкции. Таким образом, метод проектирования дискретно равнонапряжённой конструкции является приближённым вариантом рассматриваемого градиентного метода.
При использовании упрощенного варианта градиентного метода i-й компонент направляющего вектора параметров равен
(3)
Рассмотрим последовательность процесса оптимизации, когда исходный вектор проектных параметров соответствует прочной конструкции (все ). В этом случае выполняется расчет кузова, находятся . Для каждого сечения по зависимости (3) вычисляются находятся поправки к площадям сечений:
где - значения площадей сечений в первом приближении.
Далее решается самостоятельная задача определения оптимальных размеров сечений заданной формы, при которых уменьшение площади поперечного сечения на величину будет сопровождаться минимальным возрастанием напряжений. При этом находятся геометрические характеристики сечений. Вновь выполняется расчет кузова. Далее процесс повторяется аналогично.
Если в выражении (2) учитывать и второй компонент, то дополнительно на каждом шаге итерационного процесса необходимо выполнить цикл расчетов кузова.
В каждом расчете дается приращение площади поперечного сечения одного элемента, вычисляются максимальные напряжения в сечениях всех элементов. Затем находятся приращения напряжений по сравнению с предыдущим шагом итерационного процесса. Эти приращения используются для вычисления компонента в формуле (2):
Таким образом, здесь потребуется выполнить mр раз расчет кузова (m-число элементов, для которых k = 1; p - число итераций).
Рассмотрим возможность использования предлагаемого варианта градиентного метода, когда в качестве исходной принята конструкция кузова с минимальными по конструктивным ограничениям параметрами сечений. В этом случае для многих элементов и оптимальный вариант находится при движении из недопустимой области. Особенность здесь состоит в том, что к объему материала исходного варианта необходимо добавлять материал, чтобы вывести начальную точку на границу допустимой области. Очевидно, что результирующий объем будет минимальным, если минимальной будет добавка материала. Как и в предыдущем случае, образуем функцию
Причем = 1, если ; = 0, если
В выражении для f (F) второй компонент представляет собой добавку материала, которая играет роль штрафа за невыполнение ограничения по прочности. Чем ближе к границе допустимой области, тем меньше эта добавка. Следовательно, необходимо найти такие параметры сечений, которые приведут к минимуму целевой функции f
Для отыскания минимума f (F) найдем градиент функции f (F). i-й компонент вектора градиента равен
Соответствующий компонент направляющего вектора параметров, если пренебрегать в выражении для вторым компонентом, будет
оптимизация несущий кузов вагон
Таким образом, получаем такие же зависимости, как и в предыдущем случае, с той лишь разницей, что компоненты направляющего вектора параметров являются положительными.
Следует отметить также, что при наращивании сечений излагаемый способ приводит к добавлению материала только в те элементы, для которых .
Как только напряжения станут равными допускаемым, добавление материала прекращается. Поэтому и компоненты направляющего вектора отыскиваются только для тех элементов, напряжения в которых превышают допускаемые. Это обстоятельство упрощает процесс.
Наряду с удобством для практического применения упрощенного варианта рассматриваемого метода и родственного ему метода пересчета им свойственны два недостатка:
1. Сходимость итерационного процесса не является очевидной.
2. Метод приводит к локальному минимуму, и требуется дополнительный анализ оптимальности полученного варианта конструкции.
Список литературы
1. Лазарев, И.Б. Математические методы оптимального проектирования конструкций / И.Б. Лазарев. - Новосибирск: НИИЖТ, 1971. - 181 с.
2. Лозбинев, В.П. Методика расчёта оптимальных параметров сечений несущих элементов кузовов вагонов / В.П. Лозбинев. - Тула: ТПИ, 1980. - 80 с.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Понятие о техпроцессе и его составляющие элементы, способы контроля, испытания и приемки кузовов вагонов после покраски. Виды дефектоскопии и их применение, перечень деталей, подлежащих магнитному контролю. Износы и повреждения автосцепного устройства.
контрольная работа [19,5 K], добавлен 09.02.2010Виды габаритов. Размеры габаритов приближения строений. Надежность подвижного состава. Оценка на долговечность по износу трущихся элементов конструкций вагона. Назначения и классификация вагонов. Их основные элементы. Парк пассажирских и грузовых вагонов.
контрольная работа [1,4 M], добавлен 26.04.2016Дефекты кузовов и кабин. Технологический процесс ремонта кузовов и кабин. Ремонт неметаллических деталей кузовов. Качество ремонта автомобилей. Незначительные прогибы на пологих лекальных поверхностях, видимые при боковом освещении. Вмятины.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 04.05.2004Виды и классификация вагонов. Конструктивные особенности и требования, предъявляемые к вагонам промышленного транспорта. Принцип действия вагона-дефектоскопа. Характеристика вагона-лаборатории, ледника, цистерны, купе, думпкаров. Типы вагонов-платформ.
презентация [6,6 M], добавлен 23.12.2015Железнодорожный транспорт в России как одна из крупнейших железнодорожных сетей в мире. Знакомство с плановыми видами обслуживаний и ремонта грузовых вагонов. Триангель как один из основных элементов рычажной передачи тормозного оборудования вагона.
курсовая работа [1,9 M], добавлен 05.05.2013Моделирование транспортной сети. Обобщенный алгоритм исследования и оптимизации. Управление и контроль потоками воздушных судов (воздушного движения). Факторы, влияющие на загруженность диспетчера. Совершенствование наземной инфраструктуры аэропорта.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 02.11.2015Определение грузоподъёмности и тары цистерны, размеров строительного очертания и допускаемых вертикальных размеров вагона. Подшипники букс вагонов. Внутренняя поверхность цистерн. Величина статического прогиба. Буксовые узлы отечественных вагонов.
контрольная работа [1,3 M], добавлен 07.02.2014Обоснование и расчет параметров метода ремонта вагонов. Проектирование состава цехов депо, их размеров, площадей и размещения. Выбор подъемно-транспортного оборудования и описание технологического процесса ремонта вагонов. Расчет штатных работников.
дипломная работа [69,6 K], добавлен 16.08.2011Оперативное планирование поездной и грузовой работы. Организация переработки маршрутных и повагонных отправок. Технология работы с составами транзитных поездов. Учет предъявления вагонов к техническому осмотру. Порядок передачи вагонов на подъездные пути.
дипломная работа [123,3 K], добавлен 03.07.2015Понятие маневровой работы как внепоездного передвижения подвижного состава в пределах станции. Важные характеристики отцепа. Оптимизация роспуска. Принципы прицепки вагонов к ядру в пути следования. Отцепка и прицепка вагонов беспересадочного сообщения.
презентация [1,2 M], добавлен 11.05.2016Изучение особенностей, принципов конструкции и перспектив совершенствования конструкций кузовов крытых, полувагонов, хопперов, платформ. Статические испытания вагонов на прочность. Обобщение основных требований к грузовым вагонам, хопперам, платформам.
контрольная работа [499,9 K], добавлен 13.01.2013Определение технико-экономических параметров цистерны. Разработка конструкции четырехосной цистерны для перевозки соляной кислоты. Металл, термическая обработка роликовых подшипников. Устройство подшипников букс вагонов. Вписывание цистерны в габарит.
курсовая работа [608,5 K], добавлен 09.12.2012Назначение и принцип работы автосцепки СА-3. Устройство поглощающего аппарата, предназначенного для смягчения ударов и рывков, передающихся от автосцепки на рамы кузовов вагонов. Движение поездов на участках, оборудованных диспетчерской централизацией.
курсовая работа [6,7 M], добавлен 11.09.2014Назначение и классификация вагонов. Ознакомление: с устройством магистрального вагона марки 11–217, технико-экономические показатели данного вагона, характеризующие эффективность его применения, порядок вписывания вагона в габарит подвижного состава.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 19.08.2011Отличительные особенности цистерн для перевозки сжиженных газов. Конструкция сливоналивного устройства, скоростного и предохранительного клапанов. Схема автосцепки четырехосного вагона. Расчет основных технико-экономических параметров грузовых вагонов.
курсовая работа [1,7 M], добавлен 11.01.2013Определение показателей работы использования вагонов и инвентарного парка. Разработка варианта технического обслуживания вагонов на участке дороги. Обзор существующих планировок депо. Программа и производственная структура контрольного пункта автосцепки.
курсовая работа [138,0 K], добавлен 08.11.2012Сведения об устройстве современных автомобильных кузовов. Кузова легковых автомобилей. Предназначение, строение и работа. Особенности эксплуатации. Структура технологического процесса ремонта кузовов. Основные неисправности. Элементы и приспособления.
дипломная работа [2,2 M], добавлен 31.07.2008Проблемы развития водного транспорта Украины, логистический подход к их решению. Модели нахождения кратчайших путей: алгоритм Дейкстры, Данцинга; оптимального транспортного средства. Математическая модель оптимизации водной транспортной системы Украины.
курсовая работа [587,1 K], добавлен 07.08.2013Правила эксплуатации и техническое обслуживание приспособления для правки кузовов. устранение прогиба в крыше кузова и перекоса в проеме. Общие требования безопасности и допуска к работе по ремонту автомобилей. Проектирование привода и гидроцилиндра.
курсовая работа [352,0 K], добавлен 16.07.2011Расчет показателей эксплуатационной надежности грузовых вагонов. Методика сбора статистических данных о причинах отцепок вагонов в текущий ремонт. Оценка показателей их эксплуатационной надежности. Определение перспективных значений количества поездов.
курсовая работа [365,7 K], добавлен 10.11.2016
