田宗睿¹，李永华¹，唐玉珍²，吴永鑫¹

(1.大连交通大学机车车辆工程学院，辽宁 大连116028)

(2.大连交通大学研究生院，辽宁 大连116028)

基金项目：国家自然科学基金资助项目（51875073,11702048）；国家重点研发计划资助项目（2016YFB1200504）；辽宁省教育厅科学研究项目（JDL2019005）；2016年度“辽宁省高等学校创新团队支持计划”资助项目（LT2016010）；2019年大连市科技创新基金计划资助项目（2019J11CY017）

作者简介：田宗睿(1997—)，男，硕士研究生，主要研究方向为车辆结构的疲劳可靠性分析，2765869514@qq.com.

通讯作者：李永华，女，教授，yonghuali@163.com.

摘要：为改善动车组制动模块的结构性能，采用蒙特卡洛法进行可靠性分析，并根据分析结果优化出满足工程实际需要的结构。首先建立制动模块的有限元模型，对其进行静强度分析，确定最大结构应力对应的工况；再利用蒙特卡洛法开展可靠性及灵敏度分析，确定对最大Von.Mises应力灵敏度较大的3个变量作为设计变量；最后，以取得最大Von.Mises应力最小值为优化目标，以设计变量的取值范围为约束条件建立优化数学模型，并利用Screening法求解。研究结果表明：优化后的结构可靠度与强度余量均有所提高，为制动模块结构改进与优化提供了理论依据。

关键词：制动模块；静强度分析；灵敏度分析；可靠性分析

中图分类号：U271.91   文献标识码：A   文章编号：2095-509X(2020)06-0007-05

近年来，我国高速动车组研发技术愈发成熟，伴随着动车组产品的大规模使用，关键部件的可靠性与安全性逐渐成为研发人员关注的热点。在动车组的所有零部件中，制动模块无疑是最关键的部件之一。由于制动模块安装在动车组的车体下方，并且属于吊装部分，在动车组运行过程中制动模块会承担各种形式的载荷，从而会产生诸多的失效情况^［1］，因此很有必要考虑制动模块结构的强度和功能是否满足设计要求。

目前，针对制动模块的研究主要有静强度和疲劳强度分析、模态和谐响应分析、振动和冲击仿真以及模块化结构设计与方案改进。陈姝枚^［1］利用静力学和动力学方法对地铁的制动模块进行强度和振动特性研究，并根据计算结果提出了改进方案。李成涛^［2］对某动车组车下制动模块框架及螺栓进行的静强度非线性有限元分析，对其结构分析与改进具有重要意义。乔峰等^［3］对制动模块总成局部断裂原因进行了分析，并提出了改进方案。袁海洋等^［4］针对HXD3型机车制动模块提出了新的螺纹孔修复工艺。然而，上述学者的研究均忽略了结构可靠性对性能的影响，而且对制动模块进行结构优化的研究比较匮乏。有鉴于此，本文以可靠性为出发点，并结合尺寸优化基本理论，对优化后的结构进行可靠性分析，以便为制动模块的结构改进提供理论依据。