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题名基于高阶响应面和NSGA-Ⅲ的卷钢托架多目标优化
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作者
潘帅
袁舜
周宝宪
王振东
闫帅帅
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机构
北京交通大学交通运输学院
中国外运宁夏有限公司安全技术部
中国铁路兰州局集团有限公司银川铁路物流中心
中国铁道科学研究院集团有限公司
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出处
《铁道科学与工程学报》
北大核心
2025年第3期1266-1278,共13页
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基金
国家自然科学基金资助项目(71761023)
中国铁路兰州局集团有限公司科技开发计划(LZJKY2021013-2,2022060-2)。
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文摘
为将托架优化问题中复杂的非线性隐式关系转化为显式函数,提出基于白箱系统理论的高阶响应面模型进行多目标优化,大幅降低了技术门槛,简单实用、精准度高,更容易被现场理解、接受。制定集重装车方案,进行静载、冲撞仿真和强度试验,检验仿真可靠性。采用基于AE势能准则和自适应遗传算法组合优化的最优拉丁超立方取样方法,创建高维参数空间矩阵。利用最小二乘回归法创建含交叉项的4阶响应面模型,并通过k折交叉验证评估不同代理模型精度。采用Sobol法量化各参数对不同响应的1阶、2阶、全局灵敏度及交互效应,深入探索各参数及其2阶交叉项对响应的影响。搭载NSGA-Ⅲ获得Pareto解集。结合我国铁路卷钢运输特点,运用秩和比法赋予各响应权重矩阵,获得不同设计偏好下的最优解。研究结果表明:仿真与实测值误差低于10%,仿真准确可靠。最优拉丁环境下,系统最小势能是0.41,相较于普通拉丁降低了22.6%,样本点分布合理。高阶响应面误差低于4.5%,精度满足工程需要。从各权重矩阵中,选择方案4作为最优设计,与原方案相比,托架质量降低了9.89%,2个工况最大应力分别降低了6.79%、14.36%,托架符合铁路货运安全需求。研究结果有望为同类托架设计、改进等领域提供关键技术支撑和工程参考。
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关键词
卷钢托架
高阶响应面
强度试验
k折交叉验证
Sobol法
NSGA-Ⅲ
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Keywords
coil steel pallet
high-order response surface
strength test
k-fold cross validation
Sobol method
NSGA-Ⅲ
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分类号
U294.3
[交通运输工程—交通运输规划与管理]
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