An application of response surface method to design optimization of a model of rail vehicle considering uncertainties

• Autorzy: Martowicz A. , Kurowski P. , Uhl T. , Lasko G.

Warianty tytułu

PL

Zastosowanie metody powierzchni odpowiedzi w optymalizacji modelu pojazdu szynowego z uwzględnieniem niepewności

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

An application of design optimization methodology performed for a multibody model of real-live rail structure stands for the scope of present work. For carried out analyses a model of five-piece tram has been elaborated and then parameterized to allow for an effective and easy change of checked design configuration. There has been assumed the index of travelling comfort as an object of optimization process. Performed analyses have taken into account the uncertainty dealing with the number of passengers on board. The stiffness coefficients of springs of the primary and secondary suspension systems have been chosen as design parameters. Mentioned index has been calculated with virtually measured accelerations in the passengers area for assumed velocity of a run. For modeled rail there has been introduced roughness defined to represent real geometric imperfections. Response surface modeling based on polynomial regression has been applied as a surrogate for the full model to speed up the dynamic analyses. The work has used genetic algorithms for the optimization. Improved values of studied index confirm better comfort of traveling.

PL

Artykuł przedstawia wyniki optymalizacji przeprowadzonej dla modelu pięcioczłonowego tramwaju opracowanego z zastosowaniem metody układów wieloczłonowych. Jako cel zadania optymalizacji przyjęto poprawę komfortu podróżowania ocenianego współczynnikiem sformułowanym zgodnie z wytycznymi normy UIC 513. Zbudowany model tramwaju po sparametryzowaniu pozwolił na ocenę własności dynamicznych dla wybranych konfiguracji projektowych, a w szczególności zbadanie wpływu zmian parametrów charakteryzujących układ zawieszenia, przy uwzględnieniu niepewności związanych z masą pasażerów, na zmienność przyspieszeń drgań w przestrzeni pasażerskiej. W modelu uwzględniono nierówności torów reprezentujące rzeczywistą zmienność ich geometrii zgodnie z normą ORE B176 RP1. W celu przyspieszenia obliczeń zastosowano metodę powierzchni odpowiedzi z wielomianową aproksymacją współczynnika komfortu. W optymalizacji zastosowano algorytmy genetyczne. Dla znalezionych wartości parametrów projektowych charakteryzujących układ zawieszenia uzyskano poprawę sformułowanego współczynnika.

Słowa kluczowe

EN

response surface method; metamodel; rail vehicle; tram; suspension system; travelling comfort; multibody model; design optimization; uncertainty propagation; genetic algorithms

PL

metoda powierzchni odpowiedzi; metamodel; pojazd szynowy; tramwaj; układ zawieszenia; komfort podróżowania; model układów wieloczłonowych; optymalizacja konstrukcji; propagacja niepewności; algorytmy genetyczne

• Wydawca: AGH University of Science and Technology Press
• Czasopismo: Mechanics and Control
• Rocznik: 2011
• Tom: Vol. 30, no. 2
• Strony: 85--95
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., wykr., tab.

Twórcy

autor

Martowicz A.

autor

Kurowski P.

autor

Uhl T.

autor

Lasko G.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mechanical Engineering and Robotics, Department of Robotics and Mechatronics, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland,

Bibliografia

• Beretta S., Braghin F., Bucca G. and Desimone, H. 2005, Structural integrity analysis of a tramway: load spectra and material damage. Wear, vol. 258, pp. 1255-1264.
• Bowman A.W. and Azzalini A. 1997, Applied smoothing techniques for data analysis. Oxford University Press, New York.
• Box G.E.P., Draper N.R. 1986, Empirical Model Building and Response Surfaces. John Wiley & Sons, Inc., New York.
• Deb K., Gulati S. 2001, Design of truss-structures for minimum weight using genetic algorithms. Finite Elements in Analysis and Design, vol. 37, No. 5, pp. 447-465.
• Dias J.P., Correa R.M. 2006, Multiobjective optimization of multibody systems with genetic algorithms. Paper Presented at the III European Conference on Computational Mechanics, June 5-8,2006, Lisbon, Portugal.
• Gallina A., Martowicz A., Uhl T. 2006, An application of response surface methodology in the field of dynamic analysis of mechanical structures considering uncertain parameters. Paper Presented at the ISMA2006 Conference on Noise and Vibration Engineering. September 18-20, 2006. Leuven, Belgium.
• Gallina A., Martowicz A., Uhl T. 2007, Robustness analysis of a car windscreen using Response Surface techniques. Paper Presented at the 1st International Conference on Uncertainty in Structural Dynamics, June 11-13, 2007, Sheffield, UK.
• Martowicz A., Pieczara J., Uhl T. 2007a, Application of soft computing in uncertainty analysis carried out within structural dynamics. Computer Assisted Mechanics and Engineering Sciences - CAMES, vol. 14, pp. 293-305.
• Martowicz A., Vige D., Gallina A., Uhl T. 2007b, Coupling Monte Carlo Simulation with Response Surface Methodology for evaluating dynamic properties of FE model of real-life vehicle's structure. Paper Presented at the Symposium: NATO/AVT-147, Computational Uncertainty in Military Vehicle Design, December 3-6, 2007, Athens, Greece.
• Martowicz A., Kurowski P., Uhl T., Lasko G. 2009a, Robust design optimisation of the FE model of rail vehicle. Paper Presented at the WCSMO-8: 8th World Congress on Structural and Multidisciplinary Optimization. June 1-5, 2009, Lisbon, Portugal.
• Martowicz A., Stanciu I., Uhl T. 2009b, Uncertainty analysis for dynamic properties of MEMS resonator supported by fuzzy arithmetics. The International Journal of Multiphysics, vol. 3, No. 3, pp. 201-219.
• Montgomery D.C., Runger G. 2007, Applied statistics and probability for engineers. John Wiley and Sons, New York.
• Myers R.H., Montgomery D.C. 1995, Response Surface Methodology process and product optimization using designed experiments. John Wiley & Sons, Inc., New York.
• Poloni C, Geremia P., Clarich A. 2006, Multi-objective robust design optimization of an engine crankshaft. Paper Presented at the III ECCM - European Conference on Computational Mechanics. June 5-9, 2006. Lisbon, Portugal.
• Schueller G.I. 1997, A state-of-the-art report on computational stochastic mechanics. Probabilistic Engineering Mechanics, vol. 12, No. 4, pp. 197-321.
• Uhl T, Chudzikiewicz A. 2002, Analytical and experimental investigation of low floor tram dynamics. International Journal on Vehicle System Dynamics, vol. 25, pp. 702-713.
• Standard ORE B176 RP1. 1989, vol. 1: Preliminary studies and specifications, vol. 2: Specification for a bogie with improved curving characteristics, vol. 3: Specifications for a bogie with improved curving characteristics for body tilt. Utrecht, Netherlands, 1989.
• Standard UIC 513 1994, Guidelines to evaluating passenger comfort in relation to vibration in railway vehicles. International Union of Railways, Isted., 1994.