多线路工况下高速列车纵截面轮廓设计方法研究

多线路工况下高速列车纵截面轮廓设计方法研究第1页/共33页提纲●研究背景与意义●列车外形设计国内外研究现状●列车外形数值设计方法●

多线路工况下列车纵截面轮廓设计●总结交融思想,启迪智慧--全国博士生学术论坛第2页/共33页1、研究背景与意义●工程意义列车提速,引起系列气动力学问题:…,其原因…“十二五”科学和技术发展规划

(2011年7月13日)

●国家需求交融思想,启迪智慧--全国博士生学术论坛●学术意义第3页/共33页2、国内外研究现状-试验设计法外形参数对列车气动性能影响试验列车外形试验方案经验最优方案方案对比SC22SC31GE20ME20MD10KS30SD17SD18日本铁道综合研究所德国交融思想,启迪智慧--全国博士生学术论坛第4页/共33页2、国内外研究现状-仿生学设计法日本500系列头型Beakofthekingfisherbird

Noseshapeof500train

Noisestand75db,before>80第5页/共33页2、国内外研究现状-仿生学设计法500受电弓After<75Smallsaw-toothedfeathers

交融思想,启迪智慧--全国博士生学术论坛第6页/共33页2、国内外研究现状-数值设计法方案对比=最优化？上述方法有什么问题?随着CFD与优化理论的发展,……交融思想,启迪智慧--全国博士生学术论坛第7页/共33页M.IIDA(伊达,1997)等S.Krajnović(柯瑞内,2007)

Bombardier

2、国内外的研究现状-数值设计法交融思想,启迪智慧--全国博士生学术论坛第8页/共33页Yo-CheonKueatal.(游臣库,inpress)

2、国内外的研究现状-数值设计法交融思想,启迪智慧--全国博士生学术论坛第9页/共33页V.V.Vytla(魏特拉,2010)Yo-CheonKu(2010)

Muliti－objectiveoptimization

MicropressurewaveAerodynamicdragAerodynamicNoiseAerodynamicdrag2、国内外的研究现状-数值设计法100%Drag100%Noise第10页/共33页2、国内外的研究现状-数值设计法Yo-CheonKu(2010)

JongsooLee等(李,2008)交融思想,启迪智慧--全国博士生学术论坛第11页/共33页2、国内外的研究现状-数值设计法SUNZhenXu(孙振旭,2010)北京大学湍流与复杂系统国家重点实验室

Manyresearch…,but….So,…

交融思想,启迪智慧--全国博士生学术论坛第12页/共33页参数化建模结束是计算目标函数值否CFD开始最优3、外形数值设计方法-一般方法为什么“一般”?列车是个庞然大物空气动力学是非线性问题优化需要大量迭代搜索需要大量计算资源交融思想,启迪智慧--全国博士生学术论坛第13页/共33页“近似模型”计算策略:3、列车外形数值设计方法-近似方法+DOE交融思想,启迪智慧--全国博士生学术论坛第14页/共33页4、列车外形多线路工况设计-方法ParameterizedmodelingMetamodelEndYDOE

OptimizationOBJ

N|Δvalue|<ƐCFDParameterizedmodelingOpenairsimulationMetamodelEndYPassingtunnelsimulationDOE

OptimizationOBJ

N|Δvalue|<Ɛ交融思想,启迪智慧--全国博士生学术论坛第15页/共33页M.IIDA(1997,2）S.Krajnović(2007,4）4、列车外形多线路工况设计-参数化交融思想,启迪智慧--全国博士生学术论坛第16页/共33页Hyeok-binKWON（2001,6）

E.Lorriaux、V.V.Vytla（2010,5）

4、列车外形多线路工况设计-参数化交融思想,启迪智慧--全国博士生学术论坛第17页/共33页2parameters8parameters4、列车外形多线路工况设计-参数化几何参数化的特点?交融思想,启迪智慧--全国博士生学术论坛我的方法

第18页/共33页S.Krajnović(2009)，SUNZhenXu(2010)4、列车外形多线路工况设计-参数化ArbitraryShapeDeformation

交融思想,启迪智慧--全国博士生学术论坛第19页/共33页Sculptor:DesignsettocontrolnosecurvatureV.V.Vytla(2011)4、列车外形多线路工况设计-参数化网格参数化的特点?交融思想,启迪智慧--全国博士生学术论坛第20页/共33页Hyeok-binKWON(2001)、J.Lee(2008)

D-optimal

Fewerresponsevalues,particularsuitableforirregularlyshapeddesignspace,dependonunknownparameters.S.KrajnovićFacedcenteredcompositedesign

Asthenumberofdesignpointsincreasesfastwiththenumberofthedesignvariables

V.V.Vytla(2010)

LatinHypercubeSampling

Spacefilling,butrandomnessSpacefilling,fewerresponseanddeterminacy?4、列车外形多线路工况设计-

DOE第21页/共33页4、列车外形多线路工况设计-DOE交融思想,启迪智慧--全国博士生学术论坛第22页/共33页Hyeok-binKWON、S.Krajnović

RSMV.V.Vytla、SUNZhenXu

KrigingJ.Lee(2008)

SVM4、列车外形多线路工况设计-近似模型交融思想,启迪智慧--全国博士生学术论坛第23页/共33页OptimalshapeobtainedfromSVMmodelOptimalshapeobtainedfromKrigingmodelPerformancecomparisonbetweenSVMandKriging

Whichonetochoose?4、列车外形多线路工况设计-近似模型

谁精度高,用谁呗!交融思想,启迪智慧--全国博士生学术论坛第24页/共33页4、列车外形多线路工况设计-近似模型CFD仿真交融思想,启迪智慧--全国博士生学术论坛第25页/共33页4、列车外形多线路工况设计-近似模型/中国仿真网第26页/共33页4、列车外形多线路工况设计-近似模型Maxvalue：0.1713

Maxvalue：0.1103

交融思想,启迪智慧--全国博士生学术论坛第27页/共33页4、列车外形多线路工况设计-近似模型Maxvalue：0.0417

Maxvalue：0.1289交融思想,启迪智慧--全国博士生学术论坛第28页/共33页4、列车外形多线路工况设计-近似模型ModelsAverageerror（%）Maxerror（%）RSM2.8211.03RBF4.7617.13Kriging1.794.17SVM6.3212.89ModelsAverageerror（%）Maxerror（%）RSM7.214.76RBF9.7930.47Kriging4.177.14SVM7.0914.63CdpredictionPerformancecomparisonsamongmentamodelsAccesspressuregradientpredictionPerformancecomparisonsamongmentamodels交融思想,启迪智慧--全国博士生学术论坛第29页/共33页4、列车外形多线路工况设计-结果与讨论Bestshapeparametersfordifferentweights第30页/共33页4、列车外形多线路工况设计-结果与讨论(a)