一种磨损钢轨打磨目标廓形快速设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN106951657A(43)申请公布日2017.07.14(21)申请号201710209600.2(22)申请日2017.03.31(71)申请人西安石油大学地址710065陕西省西安市电子二路东段18号(72)发明人曾威宋红任涛孙文岳治(74)专利代理机构西安智大知识产权代理事务所61215代理人弋才富(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图4页(54)发明名称一种磨损钢轨打磨目标廓形快速设计方法(57)摘要一种磨损钢轨打磨目标廓形快速设计方法，包括使用三次NURBS曲线构建磨损廓形的参数化模型；以磨损钢轨廓形NURBS参数化模型的可调整权因子为设计变量，轮轨接触应力和轮轨动力学性能指标为因变量，建立磨损钢轨打磨目标廓形性能的Kriging模型；以可调整权因子为设计变量，以钢轨打磨目标廓形性能的Kriging模型为目标函数，建立钢轨打磨目标廓形的优化设计模型，实现对磨损钢轨打磨目标廓形的最优设计；本发明的方法可实现对任意磨损钢轨进行打磨目标廓形的快速设计，具有设计效率高、设计结果准确的特点，解决了钢轨打磨需要使用数值仿真方法反复验算打磨目标廓形准确性而导致的设计效率低的问题。CN106951657ACN106951657A权利要求书1/2页1.一种磨损钢轨打磨目标廓形快速设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)使用钢轨轮廓扫描仪，获得磨损钢轨断面廓形的数据点坐标值，将之作为NURBS曲线的型值点，构建基于三次NURBS曲线的磨损钢轨打磨横断面廓形曲线参数化模型；(2)在有限元软件中构建磨损钢轨参数化模型，并建立钢轨与车轮踏面的轮轨接触模型，用于分析轮轨接触应力值F；(3)在动力学分析软件中建立磨损钢轨与轨道车辆轮对接触的动力学分析模型，分析轮轨动力学性能指标H，包括轮轨滚动圆半径差λ，轮重减载率J；(4)利用步骤(2)在有限元软件中构建磨损钢轨参数化模型，调整参数化变量X，获得具有不同廓形的钢轨模型，计算获得不同参数化变量X对应的轮轨接触应力值F；(5)利用步骤(3)建立的磨损钢轨与轨道车辆轮对接触的动力学分析模型，调整参数化变量X，获得具有不同廓形的钢轨模型，计算获得不同参数化变量对应的轮轨接触动力学性能指标H；(6)使用步骤(4)和步骤(5)中的参数化变量X、轮轨接触应力值F和轮轨接触动力学性能指标H作为训练样本，基于Matlab软件Dace工具箱，构建钢轨廓形曲线参数X关于轮轨接触应力F与动力学性能指标H的Kriging模型；(7)以轮轨接触应力F，轮轨滚动圆半径差λ和轮重减载率J作为优化目标，以钢轨参数化模型的参数化变量X为优化变量，以构建的钢轨廓形曲线参数关于轮轨接触应力F与动力学性能指标H的Kriging模型为目标函数，建立磨损钢轨的打磨目标廓形优化设计模型；(8)使用步骤(7)构建的优化设计模型，获得优化的钢轨参数化模型调整参数Xopt，利用步骤(1)建立的钢轨的参数化模型获得最终的磨损钢轨打磨目标廓形。2.根据权利要求1所述的一种磨损钢轨打磨目标廓形快速设计方法，其特征在于，所述步骤(6)具体包括以下步骤：(6.1)将磨损钢轨目标廓形曲线参数模型的可调整权因子ω作为参数化变量X，轮轨接触应力F和动力学性能指标H作为因变量；(6.2)使用拉丁超立方抽样方法在设计空间中对可调整权因子ω进行随机抽样、组合，获得由具有不同形状的廓形曲线；(6.3)应用步骤(4)和步骤(5)所述方法，分别计算不同打磨目标廓形对应的轮轨接触应力值F和轮轨动力学性能指标H；(6.4)将可调整权因子ω和轮轨接触应力值F、动力学性能指标H组合起来，以此作为训练样本，应用Matlab软件的Dace工具箱构建轮轨接触应力值F和轮轨动力学性能指标H的Kriging预测模型。3.根据权利要求1所述的一种磨损钢轨打磨目标廓形快速设计方法，其特征在于，所述步骤(7)具体包括以下步骤：(7.1)将轮轨接触应力值F最小，轮轨滚动圆半径差λ最大，轮重减载率J最小作为三个优化目标；(7.2)将钢轨参数化模型的参数化变量X(即步骤(6.1)中的可调整权因子ω)作为优化变量，且ω∈[0,2]；(7.3)将步骤(6.4)中构建的轮轨接触应力值F和轮轨动力学性能指标H的Kriging预测模型为目标函数；2CN106951657A权利要求书2/2页(7.4)将轮重减载率J作为约束指标，其取值区间为[0,0.6]，最终获得磨损钢轨的打磨目标廓形优化设计模型。4.根据权利要求1所述的一种磨损钢轨打磨目标廓形快速设计方法，其特征在于，所述步骤(1)具体包括以下步骤：(1.1)以钢轨轨顶中心为原点，以水平方向为x轴，以竖直方向为y轴，构建钢轨的全局坐标系