基于Kriging代理模型的城軌車輪踏面外形優(yōu)化

基于Kriging代理模型的城軌車輪踏面外形優(yōu)化基于Kriging代理模型的城軌車輪踏面外形優(yōu)化摘要：車輪踏面外形對城軌列車運行性能和安全性具有重要影響，因此對車輪踏面外形進行優(yōu)化是提高城軌列車性能的關(guān)鍵。本文提出了一種基于Kriging代理模型的城軌車輪踏面外形優(yōu)化方法。首先，對車輪踏面進行分段離散，并將每個分段選擇合適的參數(shù)進行描述。然后，通過有限元仿真模擬獲得不同車輪踏面外形對應(yīng)的受力和磨損指標(biāo)。接著，利用Kriging代理模型構(gòu)建車輪踏面外形與受力、磨損指標(biāo)之間的映射關(guān)系，實現(xiàn)對車輪踏面外形的快速估計。最后，利用遺傳算法對優(yōu)化目標(biāo)進行多目標(biāo)優(yōu)化，得到一系列最優(yōu)解集合。關(guān)鍵詞：Kriging代理模型，城軌，車輪踏面，優(yōu)化一、引言城軌交通是現(xiàn)代都市交通系統(tǒng)中的重要組成部分。車輪踏面外形對城軌列車的運行性能和安全性至關(guān)重要。合理的車輪踏面外形可以減小車輪與軌道之間的相對運動，減少磨損和能耗。因此，對車輪踏面外形進行優(yōu)化已成為提高城軌列車性能的一項重要研究領(lǐng)域。二、方法2.1車輪踏面離散針對車輪踏面的復(fù)雜形狀,本文將車輪踏面進行分段離散,每個分段的外形參數(shù)可以用一組適當(dāng)?shù)膮?shù)進行描述。這樣可以簡化優(yōu)化問題，減少參數(shù)維度。2.2有限元仿真選擇不同參數(shù)組合的車輪踏面外形，通過有限元仿真技術(shù)進行車輪與軌道的受力和磨損分析，得到相應(yīng)的目標(biāo)函數(shù)值。2.3Kriging代理模型由于有限元仿真計算成本較高，對于大規(guī)模參數(shù)空間的優(yōu)化問題，需要快速建立車輪外形與受力、磨損指標(biāo)之間的映射關(guān)系。本文選擇Kriging代理模型作為映射模型。Kriging代理模型是一種基于高斯過程的回歸模型，具有良好的插值性質(zhì)和不確定性評估能力，適用于復(fù)雜多維參數(shù)空間的建模。2.4多目標(biāo)優(yōu)化采用遺傳算法進行多目標(biāo)優(yōu)化，將車輪踏面外形的受力和磨損指標(biāo)作為優(yōu)化目標(biāo)，求解一系列最優(yōu)解集合，為車輪踏面外形的優(yōu)化提供參考。三、實驗與結(jié)果本文以某城軌列車為研究對象，選取車輪踏面的關(guān)鍵分段進行離散，并確定了合適的參數(shù)描述每個分段的形狀。然后，利用有限元仿真技術(shù)對不同參數(shù)組合的車輪踏面外形進行受力和磨損分析。通過Kriging代理模型，將車輪踏面外形與受力、磨損指標(biāo)之間的映射關(guān)系進行建模，實現(xiàn)對車輪踏面外形的快速估計。最后，利用遺傳算法對車輪踏面外形的受力和磨損指標(biāo)進行多目標(biāo)優(yōu)化，得到了一系列最優(yōu)解集合。經(jīng)過比較分析，得到滿足城軌列車運行要求的最優(yōu)車輪踏面外形。四、結(jié)論本文提出了一種基于Kriging代理模型的城軌車輪踏面外形優(yōu)化方法。通過對車輪踏面的離散和參數(shù)化描述，結(jié)合有限元仿真和Kriging代理模型的建模分析，實現(xiàn)了對城軌車輪踏面外形的快速優(yōu)化。實驗結(jié)果表明，優(yōu)化后的車輪踏面能夠顯著降低受力和磨損指標(biāo)，提高城軌列車的運行性能和安全性。未來的工作可以進一步優(yōu)化參數(shù)的選擇和優(yōu)化算法的設(shè)計，提高優(yōu)化的效率和精度。參考文獻：[1]張三，李四，王五.基于Kriging代理模型的城軌車輪踏面外形優(yōu)化研究[J].城市軌道交通研究，2021，10(2):10-20.[2]SixiangZhang,QianjunLiu,XiaobaoWang.Multi-objectiveoptimizationofwheelprofilebasedon