变流器轻量化方法、系统、服务器及计算机可读存储介质与流程

1.本发明涉及轨道交通领域，特别是涉及变流器轻量化方法、系统、服务器及计算机可读存储介质。


背景技术：

2.随着铁路行业的飞速发展，运营速度的提高势在必行，对车辆的轻量化程度提出了更高的要求。对车辆进行轻量化设计，不仅可以节约原材料，更有利于牵引功率的发挥和制动性能的改善，对于提高列车运行速度有着很大的作用，同时车辆重量的减轻，可以减小转向架对轮轨之间的作用力，抑制振动和噪声，对于线路的使用寿命和车辆的运用情况都有着良好的作用。
3.目前轻量化设计已成为轨道交通行业未来发展方向和目标，这一点已成为全行业内的共识。但是如何进行轻量化设计，却成为广大同行头疼的问题。以变流器结构设计工程师在进行变流器结构设计工作时为例，存在以下一些问题：
4.往往依靠经验以及以往的产品的实验数据进行设计，考虑到轨道交通车载变流器严苛的运行环境和复杂的工况，一般在结构设计时存在过设计的情况，结构工程师由于缺乏量化的强度数据和设计方法，无法有效的评估所设计的产品在实际运行时钣金件所实际承受的应力情况，从而对吊耳、主梁等主受力部件进行加厚设计即过设计；
5.由于大部分产品是基于之前的产品进行变型设计以及依靠固有经验进行产品开发工作，导致在新平台开发时往往无法深度挖掘结构件的减重潜力，一般是简单的全部变更板厚或者更换材料，往往结构形式与之前的产品无本质区别，创造不出新的结构形式，无法实现质的突破；
6.产品开发周期长，由于没有基于有限元和优化的方法进行结构设计和轻量化设计，依靠经验和实验进行产品开发，导致产品在完成样机实验后发现问题或者产品详细设计后期发现减重指标无法满足，从而导致整个产品开发陷入了结构设计
‑
实验
‑
优化
‑
实验的循环当中，显著地增加了整个产品的开发周期和时间，增加了产品实验成本和设计成本；
7.产品轻量化效果参差不齐，无法保证完全满足目标，由于目前的产品轻量化设计完全依靠结构工程师的经验和结构设计水平，导致有些经验不足的结构工程师或者新上岗的工程师在接到轻量化需求后对某些关键部件进行减薄，导致后续出现柜体振动不过关或者结构失效的问题。
8.由此可见，现有技术手段无法解决牵引变流器等的轻量化设计，无法促进整车的轻量化。


技术实现要素：

9.本发明的目的是提供了变流器轻量化方法、系统、服务器及计算机可读存储介质，用于实现变流器的轻量化设计，促进整车的轻量化。
10.本发明第一方面提供一种变流器轻量化方法，包括：
11.获取变流器的初始柜体结构设计方案；
12.对初始柜体结构设计方案进行有限元强度仿真分析，得到初始仿真分析结果；
13.基于初始柜体结构设计方案的有限元模型确定设计变量组合；
14.根据设计变量组合对初始柜体结构设计方案进行局部优化和/或整体优化，得到优化柜体结构设计方案；
15.对优化柜体结构设计方案进行有限元强度仿真分析，得到优化仿真分析结果；
16.当优化仿真分析结果不满足预设设计要求时，对优化柜体结构设计方案继续进行优化，直到最终优化仿真分析结果满足预设设计要求，且最终优化柜体结构的重量小于初始柜体结构的重量。
17.可选的，对初始柜体结构设计方案进行有限元强度仿真分析，得到初始仿真分析结果，包括：
18.对初始柜体结构设计方案的静强度工况、模态工况、随机振动工况及瞬态冲击工况进行有限元强度仿真分析，得到仿真分析结果，仿真分析结果包括静力分析结果、模态分析结果、随机振动分析结果及瞬态冲击分析结果；
19.方法还包括：
20.评估静强度分析结果、模态分析结果、随机振动分析结果及瞬态冲击分析结果是否满足预设设计要求；
21.若静强度分析结果、模态分析结果、随机振动分析结果及瞬态冲击分析结果中任意一个不满足预设设计要求，则确定初始柜体结构设计方案不满足预设设计要求；
22.若静强度分析结果、模态分析结果、随机振动分析结果及瞬态冲击分析结果都满足预设设计要求，则确定初始柜体结构设计方案满足预设设计要求。
23.可选的，基于初始柜体结构设计方案的有限元模型确定设计变量组合，包括：
24.确定有限元强度仿真分析过程中建立的初始柜体结构的有限元模型；
25.基于有限元模型确定设计变量组合，设计变量组合中包括的设计变量与预设标准中包括的设计变量一一对应，设计变量组合包括至少两个设计变量，每个设计变量对应一个待优化结构件的几何参数。
26.可选的，根据设计变量组合对初始柜体结构设计方案进行局部优化和/或整体优化，得到优化柜体结构设计方案，包括：
27.对设计变量组合进行灵敏度分析，得到每一个设计变量的灵敏度值，根据灵敏度值选择每个待优化结构件的最佳设计参数，形成最佳设计参数子集；
28.采用拓扑优化技术对初始柜体结构设计方案进行局部布置优化，得到最佳局部布置优化结果；
29.或，
30.根据尺寸优化原则对初始柜体结构设计方案进行整体尺寸优化，得到整体尺寸优化结果；
31.或，
32.采用拓扑优化技术对初始柜体结构设计方案进行局部布置优化，得到最佳局部布置优化结果，根据最佳局部布置优化结果进行整体尺寸优化，得到整体尺寸优化结果；
33.当最佳局部布置优化结果或整体尺寸优化结果中存在刚度不足的目标部件时，对
目标部件进行局部刚度优化，得到优化柜体结构设计方案。
34.可选的，对设计变量组合进行灵敏度分析，得到每一个设计变量的灵敏度值，根据灵敏度值选择每个待优化结构件的最佳设计参数，形成最佳设计参数子集，包括：
35.确定设计变量组合中的每一个设计变量；
36.将每一个设计变量对应的待优化结构件的几何参数生成待优化设计变量，几何参数包括至少两个参数；
37.结合随机振动结果及待优化设计变量进行灵敏度分析，得到每一个待优化设计变量对疲劳工况的灵敏度值；
38.根据疲劳工况的灵敏度值选择每个待优化结构件的最佳设计参数，形成最佳设计参数子集。
39.可选的，采用拓扑优化技术对初始柜体结构设计方案进行局部布置优化，得到最佳局部布置优化结果，包括：
40.采用拓扑优化技术得到局部结构的最佳材料分布或最佳传力路径；
41.根据最佳材料分布或最佳传力路径对局部结构进行局部布置优化，得到至少两个局部布置优化结果；
42.对至少两个局部布置优化结果进行局部模型仿真分析对比，得到最佳局部布置优化结果。
43.可选的，根据尺寸优化原则对初始柜体结构设计方案进行整体尺寸优化，得到整体尺寸优化结果，包括：
44.根据尺寸优化原则从初始柜体结构设计方案选择待尺寸优化部件；
45.根据尺寸优化三要素，对待尺寸优化部件进行尺寸优化，得到整体尺寸优化结果，尺寸优化三要素包括优化变量、优化约束及优化目标，优化变量用于定义对应待尺寸优化部件的厚度数据，优化约束表示根据材料类型创建优化应力约束，优化目标为柜体结构的重量最小。
46.可选的，采用拓扑优化技术对初始柜体结构设计方案进行局部布置优化，得到最佳局部布置优化结果，根据最佳局部布置优化结果进行整体尺寸优化，得到整体尺寸优化结果，包括：
47.采用拓扑优化技术得到局部结构的最佳材料分布或最佳传力路径；
48.根据最佳材料分布或最佳传力路径对局部结构进行局部布置优化，得到至少两个局部布置优化结果；
49.对至少两个局部布置优化结果进行局部模型仿真分析对比，得到最佳局部布置优化结果；
50.根据最佳局部布置优化结果对局部模型进行修改和整理后，得到局部优化的柜体结构设计方案；
51.根据尺寸优化原则从局部优化的柜体结构设计方案中选择待尺寸优化部件；
52.根据尺寸优化三要素，对待尺寸优化部件进行尺寸优化，得到整体尺寸优化结果，尺寸优化三要素包括优化变量、优化约束及优化目标，优化变量用于定义对应待尺寸优化部件的厚度数据，优化约束表示根据材料类型创建优化应力约束，优化目标为柜体结构的重量最小。
53.可选的，对目标部件进行局部刚度优化，得到优化柜体结构设计方案，包括：
54.当最佳局部布置优化结果和/或整体尺寸优化结果中存在刚度不足的目标部件时，采用形貌优化技术和型材截面优化技术对目标部件进行局部刚度优化，得到优化柜体结构设计方案。
55.本发明第二方面提供一种变流器轻量化系统，包括：
56.获取模块，用于获取变流器的初始柜体结构设计方案；
57.有限元强度仿真分析模块，用于对初始柜体结构设计方案进行有限元强度仿真分析，得到初始仿真分析结果；
58.设计变量模块，用于基于初始柜体结构设计方案的有限元模型确定设计变量组合；
59.优化模块，用于根据设计变量组合对初始柜体结构设计方案进行局部优化和/或整体优化，得到优化柜体结构设计方案；
60.有限元强度仿真分析模块，还用于对优化柜体结构设计方案进行有限元强度仿真分析，得到优化仿真分析结果；
61.优化模块，还用于当优化仿真分析结果不满足预设设计要求时，对优化柜体结构设计方案继续进行优化，直到最终优化仿真分析结果满足预设设计要求，且最终优化柜体结构的重量小于初始柜体结构的重量。
62.本发明第三方面提供一种服务器，包括：
63.存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序；
64.处理器执行计算机程序时实现如第一方面中任意一项的变流器轻量化方法。
65.本发明第四方面提供一种计算机可读存储介质，包括：
66.存储有能够被处理器加载并执行如第一方面中任意一项的变流器轻量化方法的计算机程序。
67.由此可见，本发明的变流器轻量化方法，获取变流器的初始柜体结构设计方案，对初始柜体结构设计方案进行有限元强度仿真分析，得到初始仿真分析结果，基于初始柜体结构设计方案的有限元模型确定设计变量组合，根据设计变量组合对初始柜体结构设计方案进行局部优化和/或整体优化，得到优化柜体结构设计方案，对优化柜体结构设计方案进行有限元强度仿真分析，得到优化仿真分析结果，当优化仿真分析结果不满足预设设计要求时，对优化柜体结构设计方案继续进行优化，直到最终优化仿真分析结果满足预设设计要求，且最终优化柜体结构的重量小于初始柜体结构的重量。通过有限元强度仿真分析、设计变量组合、局部优化和/或整体优化及循环优化，实现了变流器的柜体结构设计方案的整体优化流程，直到最终的优化柜体结构设计方案的优化仿真分析结果满足预设设计要求，并且最终优化柜体结构的重量小于初始柜体结构的重量，实现了变流器的轻量化设计，促进了整车的轻量化。
附图说明
68.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，
还可以根据这些附图获得其他的附图。
69.图1为本发明提供的变流器轻量化方法的一个实施例的流程示意图；
70.图2为本发明提供的变流器轻量化方法的另一个实施例的流程示意图；
71.图3为本发明的设计变量对重量的灵敏度柱状图；
72.图4为本发明的加强筋方案1的示意图；
73.图5为本发明的加强筋方案2的示意图；
74.图6为本发明提供的变流器轻量化方法的又一个实施例的流程示意图；
75.图7为本发明提供的变流器轻量化方法的再一个实施例的流程示意图；
76.图8为本发明提供的变流器轻量化系统的一个实施例的结构示意图。
具体实施方式
77.本技术公开了变流器轻量化方法、系统、服务器及计算机可读存储介质，用于实现变流器的轻量化设计，促进整车的轻量化。
78.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
79.需要说明，本发明实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
80.另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
81.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”、“固定”等应做广义理解，例如，“固定”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
82.另外，本发明各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
83.请参考图1，本发明实施例提供一种变流器轻量化方法，包括：
84.101、获取变流器的初始柜体结构设计方案；
85.本实施例中，对于轨道交通领域中，变流器的现有柜体结构及电器元器件布置已经确定，是不能够大幅度重新修改来进行轻量化优化的，只能在现有的初始柜体结构设计方案上进行优化，因此，通过已保存的变流器资料或者设计人员导入获取变流器的初始柜体结构设计方案。
86.102、对初始柜体结构设计方案进行有限元强度仿真分析，得到初始仿真分析结
果；
87.本实施例中，有限元强度仿真分析主要是针对变流器的初始柜体结构设计方案的各个工况，具体包括：
88.对静强度工况、模态工况、随机振动工况及瞬态冲击工况进行有限元强度仿真分析，得到仿真分析结果，仿真分析结果包括静力分析结果、模态分析结果、随机振动分析结果及瞬态冲击分析结果；
89.评估静强度分析结果、模态分析结果、随机振动分析结果及瞬态冲击分析结果是否满足预设设计要求；
90.若静强度分析结果、模态分析结果、随机振动分析结果及瞬态冲击分析结果中任意一个不满足预设设计要求，则确定初始柜体结构设计方案不满足预设设计要求；
91.若静强度分析结果、模态分析结果、随机振动分析结果及瞬态冲击分析结果都满足预设设计要求，则确定初始柜体结构设计方案满足预设设计要求；
92.对于每个工况校验方法为：
93.静强度工况是根据标准en 12663《铁道应用—轨道车身的结构要求》设置的静强度仿真分析工况；
94.模态工况是用lanczos方法进行实特征值分析，提取前50阶模态频率值；
95.随机振动工况是根据标准iec 61373
‑
2010《铁路应用车辆设备冲击和振动试验》中的规定；
96.瞬态冲击工况是根据标准iec 61373
‑
2010《铁路应用车辆设备冲击和振动试验》中第10节冲击试验条件的规定。
97.103、基于初始柜体结构设计方案的有限元模型确定设计变量组合；
98.本实施例中，在步骤102中进行有限元强度仿真分析时，预先建立了初始柜体结构设计方案的有限元模型，基于有限元模型确定设计变量组合，设计变量组合中包括的设计变量应该保持与预设标准(国家标准或者生产商标准)中包括的设计变量一一对应，从而保证优化结果具有较强的工程性。设计变量组合包括至少两个设计变量，每个设计变量对应一个待优化结构件的几何参数。
99.104、根据设计变量组合对初始柜体结构设计方案进行局部优化和/或整体优化，得到优化柜体结构设计方案；
100.本实施例中，在设计变量组合的基础上，可以先对设计变量对应的待优化结构进行几何参数优化，再对初始柜体结构设计方案进行局部优化；或者；对初始柜体结构设计方案进行整体优化；或者，先对初始柜体结构设计方案进行局部优化后再进行整体优化；为了保证部分部件的刚度，再进行局部刚度优化，最终得到优化柜体结构设计方案。
101.105、对优化柜体结构设计方案进行有限元强度仿真分析，得到优化仿真分析结果；
102.本实施例中，在得到优化柜体结构设计方案之后，还需要进行校验，即通过步骤102中的有限元强度仿真分析，进行各个工况的分析，得到优化仿真结果。
103.106、当优化仿真分析结果不满足预设设计要求时，对优化柜体结构设计方案继续进行优化，直到最终优化仿真分析结果满足预设设计要求，且最终优化柜体结构的重量小于初始柜体结构的重量。
104.本实施例中，如果优化仿真分析结果满足预设设计要求，就无需再进行优化；而当优化仿真分析结果不满足预设设计要求时，则需要对优化柜体结构设计方案继续进行反复的优化，直到最终优化仿真分析结果满足预设设计要求，并且最终优化柜体结构的重量小于初始柜体结构的重量，从而完成变流器的轻量化目标。
105.本发明实施例中，先获取变流器的初始柜体结构设计方案，对初始柜体结构设计方案进行有限元强度仿真分析，得到初始仿真分析结果，基于初始柜体结构设计方案的有限元模型确定设计变量组合，根据设计变量组合对初始柜体结构设计方案进行局部优化和/或整体优化，得到优化柜体结构设计方案，对优化柜体结构设计方案进行有限元强度仿真分析，得到优化仿真分析结果，当优化仿真分析结果不满足预设设计要求时，对优化柜体结构设计方案继续进行优化，直到最终优化仿真分析结果满足预设设计要求，且最终优化柜体结构的重量小于初始柜体结构的重量。通过有限元强度仿真分析、设计变量组合、局部优化和/或整体优化及循环优化，实现了变流器的柜体结构设计方案的整体优化流程，直到最终的优化柜体结构设计方案的优化仿真分析结果满足预设设计要求，并且最终优化柜体结构的重量小于初始柜体结构的重量，实现了变流器的轻量化设计，促进了整车的轻量化。
106.在以上图1所示的实施例中，关于具体的设计方案优化包括三种情况，下面通过三个实施例分别进行说明。
107.一、请参考图2，本发明实施例提供一种变流器轻量化方法，包括：
108.201、获取变流器的初始柜体结构设计方案；
109.详情请参考图1所示实施例中的步骤101。
110.202、对初始柜体结构设计方案进行有限元强度仿真分析，得到初始仿真分析结果；
111.详情请参考图1所示实施例中的步骤102。
112.203、基于初始柜体结构设计方案的有限元模型确定设计变量组合；
113.详情请参考图1所示实施例中的步骤103。
114.204、对设计变量组合进行灵敏度分析，得到每一个设计变量的灵敏度值，根据灵敏度值选择每个待优化结构件的最佳设计参数，形成最佳设计参数子集；
115.本实施例中，具体的步骤为：
116.(2041)、确定设计变量组合中的每一个设计变量；
117.在设计变量组合中具有多个设计变量，每一个设计变量对应一个需要优化的结构件。
118.(2042)、将每一个设计变量对应的待优化结构件的几何参数生成待优化设计变量，几何参数包括至少两个参数；
119.将每一个设计变量对应的待优化结构件的几何参数生成待优化设计变量，几何参数具体可以是待优化结构件的板厚、形状等参数。
120.(2043)、结合随机振动结果及待优化设计变量进行灵敏度分析，得到每一个待优化设计变量对疲劳工况的灵敏度值；
121.加载有限元强度仿真分析中得到的随机振动结果，结合随机振动结果对待优化设计变量进行灵敏度分析，得到每一个待优化设计变量对疲劳工况的灵敏度值。
122.(2044)、根据疲劳工况的灵敏度值选择每个待优化结构件的最佳设计参数，形成
最佳设计参数子集。
123.通过分析可以得到各待优化设计变量对于重量的灵敏度柱状图，如图3中罗列显示灵敏度值前40位的编号以及灵敏度值。在图3中可以看出编号g11厚度改变对重量的改变最为敏感；通过对设计变量进行灵敏度分析，量化各个设计变量对每个响应的重要程度，生成高质量的样本空间(例如图3中的灵敏值前40位)，确定最佳设计参数子集，最佳设计参数子集包括了多个最佳设计参数，提高计算效率和减少工作量，对优化减重分析，应当重点挑选灵敏度较高的零件作为优化对象。
124.205、采用拓扑优化技术对初始柜体结构设计方案进行局部布置优化，得到最佳局部布置优化结果；
125.本实施例中，局部布置优化的具体过程如下：
126.(2051)、采用拓扑优化技术得到局部结构的最佳材料分布或最佳传力路径；
127.拓扑优化技术是结构优化技术中有前景、具有创新性的技术，是指在给定的局部结构找到最佳材料分布，或者传力路径，从而在满足各种性能的条件下得到重量最轻的设计；
128.(2052)、根据最佳材料分布或最佳传力路径对局部结构进行局部布置优化，得到至少两个局部布置优化结果；
129.以零件号te9974112505直流侧接线座安装板为例，如图4的加强筋方案1中加强筋位置401，如图5的加强筋方案2中加强筋位置501；
130.(2053)、对至少两个局部布置优化结果进行局部模型仿真分析对比，得到最佳局部布置优化结果。
131.对图4的方案1和图5的方案2进行局部模型仿真分析对比，得出方案1的加强筋分布形式具有更好的结构性能，通过线性折算，方案1在性能接近原方案时厚度为2.9mm，重量为0.312kg，初步减重比例为22％。
132.206、当最佳局部布置优化结果中存在刚度不足的目标部件时，对目标部件进行局部刚度优化，得到优化柜体结构设计方案；
133.本实施例中，当最佳局部布置优化结果中存在刚度不足的目标部件时，采用形貌优化技术和型材截面优化技术对目标部件进行局部刚度优化，得到优化柜体结构设计方案。形貌优化技术广泛应用于提高各种冲压板件的性能，如减少变形，提高模态频率，减少振动等，在形貌优化中，设计空间由大量的节点波动向量组成，这些节点波动向量按照一定的模式进行组合以满足设计约束，并最终生成优化后的最佳形貌。型材截面优化利用形状优化技术来实现，该技术通过将网格节点移动或者变形到某个新的位置，相当于改变零件部件的cad设计，从而提高零部件的性能，如提高刚度、模态，减低应力集中等；
134.基于现有柜体的结构优化中选取柜体中主承载的u型梁作为目标部件，旨在考究形状优化以及联合尺寸优化的技术要点，暂不考虑结果的适用性，优化中与尺寸优化同步进行，保证在质量不变的前提下截面发生改变。
135.采用直接矩阵输入法(direct matrix input grid，dmig)方法创建u型梁局部子模型，dmig是将该零部件以外的结构的模型信息以等价矩阵的形式输入到该零部件的计算文件当中，从而使该零部件获得在其总体有限元模型中同样精准的边界支持。
136.207、对优化柜体结构设计方案进行有限元强度仿真分析，得到优化仿真分析结
果；
137.本实施例中，在得到优化柜体结构设计方案之后，还需要进行校验，即通过有限元强度仿真分析，进行各个工况的分析，得到优化仿真结果。
138.208、当优化仿真分析结果不满足预设设计要求时，对优化柜体结构设计方案继续进行优化，直到最终优化仿真分析结果满足预设设计要求，且最终优化柜体结构的重量小于初始柜体结构的重量。
139.本发明实施例中，具体说明了优化方法是先进行灵敏度分析，再进行局部布置优化，当存在刚度不足的部件时，再进行局部刚度优化，无需进行整体尺寸优化，减少了优化的复杂程度。
140.二、请参考图6，本发明实施例提供一种变流器轻量化方法，包括：
141.601、获取变流器的初始柜体结构设计方案；
142.详情请参考图1所示实施例中的步骤101。
143.602、对初始柜体结构设计方案进行有限元强度仿真分析，得到初始仿真分析结果；
144.详情请参考图1所示实施例中的步骤102。
145.603、基于初始柜体结构设计方案的有限元模型确定设计变量组合；
146.详情请参考图1所示实施例中的步骤103。
147.604、对设计变量组合进行灵敏度分析，得到每一个设计变量的灵敏度值，根据灵敏度值选择每个待优化结构件的最佳设计参数，形成最佳设计参数子集；
148.详情请参考图2所示实施例中的步骤204。
149.605、根据尺寸优化原则对初始柜体结构设计方案进行整体尺寸优化，得到整体尺寸优化结果；
150.本实施例中，整体尺寸优化的过程具体包括：
151.(6051)、根据尺寸优化原则从初始柜体结构设计方案选择待尺寸优化部件；
152.变流器的初始柜体结构设计方案中某些器件和部件是固定，不能进行优化，因此，需要排除电器件及其相关安装组件，排除柜体模型中存在的扎线杆，排除单元类型为solid单元的组件，排除柜体中悬臂连接并且无直接载荷作用的零件，将剩余零件作为待尺寸优化部件；并且为了提升优化效率需要将具有相同材料、相同厚度、类似截面的零件属性归一，需要考虑对称性、平整度等原因导致的厚度需保持一致的零件属性归一，以减少化设计变量，按照材料种类创建材料set集，再按照材料种类创建排除单元set集。
153.(6052)、根据尺寸优化三要素，对待尺寸优化部件进行尺寸优化，得到整体尺寸优化结果，尺寸优化三要素包括优化变量、优化约束及优化目标，优化变量用于定义对应待尺寸优化部件的厚度数据，优化约束表示根据材料类型创建优化应力约束，优化目标为柜体结构的重量最小。
154.尺寸优化有三要素：优化变量、优化约束、优化目标；优化变量即定义用于定义对应待尺寸优化部件的厚度数据，厚度数据具体包括初始厚度、优化厚度下限及优化厚度上限；优化约束即按材料类型创建优化应力约束；根据各材料屈服强度，考虑安全系数1.15后圆整取值，并关联工况，最后将柜体结构的重量最小作为优化目标；
155.经过多次静力工况整体尺寸迭代优化，初步确定了优化后模型各个零件尺寸以及
结构，该模型性能基本满足力学要求，在局部细节地方存在冲击应力以及随机应力超出的情况，将在后续进行局部刚度校核以及局部构型调整工作。
156.606、当整体尺寸优化结果中存在刚度不足的目标部件时，对目标部件进行局部刚度优化，得到优化柜体结构设计方案；
157.本实施例中，当整体尺寸优化结果中存在刚度不足的目标部件时，采用形貌优化技术和型材截面优化技术对目标部件进行局部刚度优化，得到优化柜体结构设计方案，详情请参开图2所示的实施例中的步骤206。
158.607、对优化柜体结构设计方案进行有限元强度仿真分析，得到优化仿真分析结果；
159.608、当优化仿真分析结果不满足预设设计要求时，对优化柜体结构设计方案继续进行优化，直到最终优化仿真分析结果满足预设设计要求，且最终优化柜体结构的重量小于初始柜体结构的重量。
160.本发明实施例中，具体说明了优化方法是先进行灵敏度分析，再进行整体尺寸优化，当存在刚度不足的部件时，再进行局部刚度优化，无需进行局部布置优化，减少了优化的复杂程度。
161.三、请参考图7，本发明实施例提供一种变流器轻量化方法，包括：
162.701、获取变流器的初始柜体结构设计方案；
163.详情请参考图1所示实施例中的步骤101。
164.702、对初始柜体结构设计方案进行有限元强度仿真分析，得到初始仿真分析结果；
165.详情请参考图1所示实施例中的步骤102。
166.703、基于初始柜体结构设计方案的有限元模型确定设计变量组合；
167.详情请参考图1所示实施例中的步骤103。
168.704、对设计变量组合进行灵敏度分析，得到每一个设计变量的灵敏度值，根据灵敏度值选择每个待优化结构件的最佳设计参数，形成最佳设计参数子集；
169.详情请参考图2所示实施例中的步骤204。
170.705、采用拓扑优化技术对初始柜体结构设计方案进行局部布置优化，得到最佳局部布置优化结果，根据最佳局部布置优化结果进行整体尺寸优化，得到整体尺寸优化结果；
171.本实施例中，根据图2所示的实施例中的步骤205中的(2051)
‑
(2053)及图6所示的实施例中的步骤605中的(6051)和(6052)，将局部布置优化和整体尺寸优化进行结合优化。
172.706、当整体尺寸优化结果中存在刚度不足的目标部件时，对目标部件进行局部刚度优化，得到优化柜体结构设计方案；
173.本实施例中，当整体尺寸优化结果中存在刚度不足的目标部件时，采用形貌优化技术和型材截面优化技术对目标部件进行局部刚度优化，得到优化柜体结构设计方案，详情请参开图2所示的实施例中的步骤206。
174.707、对优化柜体结构设计方案进行有限元强度仿真分析，得到优化仿真分析结果；
175.708、当优化仿真分析结果不满足预设设计要求时，对优化柜体结构设计方案继续进行优化，直到最终优化仿真分析结果满足预设设计要求，且最终优化柜体结构的重量小
于初始柜体结构的重量。
176.本发明实施例中，具体说明了优化方法是先进行灵敏度分析，再进行局部布置优化，最后进行整体尺寸优化，当存在刚度不足的部件时，再进行局部刚度优化，使得变流器的柜体结构设计方案的优化更加完善。
177.以上图1、图2、图6及图7所示的实施例中，对变流器轻量化方法进行了说明，下面对应用该方法的变流器轻量化系统进行说明。
178.请参考图8，本发明实施例提供一种变流器轻量化系统，包括：
179.获取模块801，用于获取变流器的初始柜体结构设计方案；
180.有限元强度仿真分析模块802，用于对初始柜体结构设计方案进行有限元强度仿真分析，得到初始仿真分析结果；
181.设计变量模块803，用于基于初始柜体结构设计方案的有限元模型确定设计变量组合；
182.优化模块804，用于根据设计变量组合对初始柜体结构设计方案进行局部优化和/或整体优化，得到优化柜体结构设计方案；
183.有限元强度仿真分析模块802，还用于对优化柜体结构设计方案进行有限元强度仿真分析，得到优化仿真分析结果；
184.优化模块804，还用于当优化仿真分析结果不满足预设设计要求时，对优化柜体结构设计方案继续进行优化，直到最终优化仿真分析结果满足预设设计要求，且最终优化柜体结构的重量小于初始柜体结构的重量。
185.本发明实施例中，获取模块801获取变流器的初始柜体结构设计方案，有限元强度仿真分析模块802对初始柜体结构设计方案进行有限元强度仿真分析，得到初始仿真分析结果，设计变量模块803基于初始柜体结构设计方案的有限元模型确定设计变量组合，优化模块804根据设计变量组合对初始柜体结构设计方案进行局部优化和/或整体优化，得到优化柜体结构设计方案，有限元强度仿真分析模块802对优化柜体结构设计方案进行有限元强度仿真分析，得到优化仿真分析结果，当优化仿真分析结果不满足预设设计要求时，优化模块804对优化柜体结构设计方案继续进行优化，直到最终优化仿真分析结果满足预设设计要求，且最终优化柜体结构的重量小于初始柜体结构的重量。通过有限元强度仿真分析、设计变量组合、局部优化和/或整体优化及循环优化，实现了变流器的柜体结构设计方案的整体优化流程，直到最终的优化柜体结构设计方案的优化仿真分析结果满足预设设计要求，并且最终优化柜体结构的重量小于初始柜体结构的重量，实现了变流器的轻量化设计，促进了整车的轻量化。
186.需要说明的是，除了图8所示的实施例之外，变流器轻量化系统还可以执行以上图1、图2、图6及图7所示的实施例中变流器轻量化方法的步骤及功能。
187.需要说明的是，本发明的变流器轻量化方法及系统不仅适用于轨道交通领域的大功率变流器轻量化，还可应用于其他行业电气屏柜轻量化设计工作。
188.本发明实施例还提供一种服务器，包括：
189.存储器、处理器以及存储在存储器中并可在处理器上运行的计算机程序；
190.处理器执行计算机程序时实现以上任意一个实施例中变流器轻量化方法。
191.本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，包括：
192.存储有能够被处理器加载并执行以上任意一个实施例中变流器轻量化方法的计算机程序。
193.计算机可读存储介质例如包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(read
‑
only memory，rom)、随机存取存储器(random access memory，ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
194.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
195.还需要说明的是，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
196.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。