钢轨打磨廓形多目标优化设计方法研究

    钢轨打磨是铁道线路维护的有效手段，通过去除钢轨服役过程中产生的病害，能够维持、优化车辆轮轨关系，保证车辆的运行平稳性、稳定性和安全性。钢轨打磨廓形是钢轨打磨施工的重要目标和依据，优化的钢轨打磨廓形能够提高钢轨打磨质量，延长钢轨服役寿命，提升车辆运行性能。因此，采用有效的方法开展钢轨打磨廓形的设计与优化成为了提高现代铁道运输线路维护水平，保证车辆运行性能的重要途径。
    本书针对钢轨打磨目标廓形优化过程中计算量大、复杂程度高，导致钢轨打磨目标廓形优化设计耗时长的问题，引入Kriging模型建模技术，开展Kriging模型建模改进方法研究，建立基于改进Kriging模型的钢轨打磨廓形多目标优化设计方法。并将该方法应用到直线和曲线铁道线路钢轨打磨目标廓形的优化设计中，取得了良好的效果。

    曾威，男，湖南益阳人，中共党员。2016年12月毕业于中南大学交通运输工程学院交通设备与信息工程专业，获工学博士学位。2017年1月到西安石油大学机械工程学院参加工作，现为西安石油大学机械工程学院讲师。
    主要从事机械结构优化、近似模型建模技术等方面的研究。攻读博士学位期间，以一作或通讯作者在核心及以上科技期刊发表研究论文10余篇，其中SCI论文6篇，EI检索1篇。    

第1章绪论
1.1研究背景与意义
1.2钢轨廓形与钢轨打磨
1.2.1国内铁路典型钢轨廓形
1.2.2钢轨打磨廓形成形原理
1.2.3钢轨打磨方式的划分
1.3钢轨打磨及廓形设计国内外研究现状
1.3.1钢轨廓形对车辆运行性能的影响
1.3.2钢轨廓形的优化设计
1.4钢轨打磨廓形优化设计支撑理论与方法
1.4.1轮轨接触计算基本理论与方法
1.4.2多目标优化方法
第2章钢轨打磨廓形参数化建模
2.1NURBS曲线
2.1.1NURBS曲线定义
2.1.2NURBS曲线的调整
2.2基于可调NURBS权因子的钢轨打磨廓形参数化模型
2.2.1钢轨打磨廓形参数化建模方案
2.2.2钢轨廓形曲线节点矢量的计算
2.2.3反求钢轨廓形曲线的控制点
2.3钢轨打磨廓形参数化建模实例
2.3.1钢轨廓形及型值点的选取
2.3.2钢轨打磨廓形的参数化
2.3.3钢轨打磨廓形参数化建模与调整实例
2.4本章小结
第3章基于钢轨廓形参数化模型的轮轨接触性能计算
3.1轮轨接触几何关系计算
3.1.1轮轨接触几何关系评价指标
3.1.2迹线法
3.1.3基于钢轨廓形参数化模型的轮轨接触几何关系计算
3.2轮轨接触力学性能计算
3.2.1轮轨接触力学性能指标
3.2.2轮轨接触力学性能指标数值计算方法
3.2.3轮轨接触力学性能指标有限元计算方法
3.2.4基于钢轨廓形参数化模型的轮轨接触力学性能计算
3.3本章小结
第4章钢轨打磨廓形轮轨接触性能近似模型
4.1近似模型技术
4.1.1近似模型的主要类型
4.1.2Kriging近似模型基础理论
4.1.3基于不同SCF函数的Kriging近似模型预测精度对比
4.2基于组合预测方法的CF-Kriging近似模型
4.2.1组合预测方法
4.2.2基于组合预测方法的CF-Kriging近似模型构建方法
4.2.3CF-Kriging模型预测精度检验
4.2.4CF-Kriging近似模型的工程应用精度检验
4.3基于CF-Kriging的钢轨打磨廓形轮轨接触性能近似模型
4.3.1钢轨打磨廓形接触几何关系近似模型
4.3.2钢轨打磨廓形力学性能近似模型
4.4本章小结
第5章直线线路钢轨打磨廓形多目标优化设计
5.1直线线路钢轨预打磨廓形多目标优化指标
5.1.1累积接触应力值σa
5.1.2平均接触应力值σm
5.2直线线路钢轨预打磨廓形参数化模型
5.2.1高速铁路标准钢轨廓形曲线点数据
5.2.2基于可调NURBS权因子的钢轨廓形参数化
5.3直线线路轮轨接触随机有限元模型
5.3.1轮轨接触点区间
5.3.2轮轨接触三维有限元模型
5.3.3轮对横移量随机分布参数
5.3.4平均接触应力与累积接触应力
5.4直线线路钢轨预打磨廓形多目标优化
5.4.1轮轨接触应力CF-Kriging近似模型构建方案
5.4.2试验设计
5.4.3直线线路钢轨预打磨接触性能指标CF-Kriging近似模型
5.4.4CF-Kriging近似模型精度检验
5.4.5直线线路钢轨预打磨廓形多目标优化
5.4.6优化结果与讨论
5.5本章小结
第6章曲线线路钢轨打磨廓形多目标优化设计
6.1曲线线路钢轨非对称打磨原理
6.1.1蠕滑力矩导向
6.1.2非对称打磨区域
6.2曲线线路钢轨非对称打磨廓形多目标优化指标
6.2.1轮对内、外侧车轮滚动圆半径差
6.2.2轮轨接触应力
6.3钢轨非对称打磨廓形参数化模型
6.3.160N钢轨廓形曲线点数据
6.3.2基于NURBS曲线的钢轨廓形参数化
6.4轨道车辆轮轨接触性能参数化数值仿真
6.4.1曲线轨道轮轨接触性能数值仿真模型
6.4.2钢轨打磨廓形接触性能数值仿真
6.5小半径曲线线路钢轨非对称打磨廓形多目标优化
6.5.1多目标优化设计参数
6.5.2曲线线路钢轨打磨廓形接触性能近似模型构建方案
6.5.3试验设计
6.5.4钢轨接触性能指标 CF-Kriging近似模型
6.5.5CF-Kriging近似模型精度检验
6.5.6钢轨非对称打磨廓形多目标优化
6.6本章小结
第7章总结与展望
7.1主要研究工作与结论
7.2主要创新点
7.3研究展望
参考文献