Ushbu tadqiqot poyezdlar va boshqa transport vositalarining passiv xavfsizlik tizimlarida to‘qnashuv energiyasini plastik deformatsiya orqali yuta oladigan o‘zgaruvchan qalinlikdagi kengayuvchi quvurlar dizaynini optimallashtirish uchun tajriba, chekli elementlar tahlili, mashinaviy o‘rganish, ko‘p maqsadli genetik optimallashtirish va ko‘p mezonli qaror qabul qilish usullarini birlashtiradi.

Tadqiqotning asosiy muammosi bir-biriga zid uchta muhandislik maqsadidir: dastlabki cho‘qqi ezilish kuchini (IPCF) kamaytirish, umumiy energiya yutilishini (EA) oshirish va konstruktiv massani kamaytirish. Devor qalinligi o‘zgarmas quvurlar ushbu maqsadlar orasida cheklangan loyihalash moslashuvchanligini bersa, o‘zgaruvchan qalinlikdagi quvurlar materialni zarur joylarda ko‘proq jamlab, boshqa joylarda kamaytirish orqali kengroq ishlash diapazonini taqdim etishi mumkin.

Fizik cho‘zilish va kvazistatik kengaytirish tajribalari yordamida chekli elementlar modeli kalibrlangan. Biroq fizik tekshiruv qalinligi o‘zgarmas UTET prototiplari ustida bajarilgan; optimallashtirilgan VTETning fizik prototipi ushbu tadqiqot doirasida ishlab chiqarilmagan. Shu sababli yakuniy VTET natijalari bevosita tajriba bilan emas, tasdiqlangan chekli elementlar modeli orqali baholangan.

Mashinaviy o‘rganish bosqichida xususiyat muhimligi qatlami mavjud to‘liq bog‘langan neyron tarmoq (FI-FCN) qo‘llangan. Model besh karrali kross-validatsiyada EA uchun R²=0,985, IPCF uchun R²=0,953 va massa uchun R²=0,995 natijalariga erishgan. Keyin NSGA-II yordamida Pareto yechimlar to‘plami hosil qilingan va EW-GRA-TOPSIS usuli bilan tmin=2,08 mm, tmax=7,62 mm hamda α=44,90° qiymatlariga ega murosaviy yechim tanlangan.

Tanlangan dizaynning mashinaviy o‘rganish/optimallashtirish prognozlari bilan chekli elementlar tekshiruvi o‘rtasidagi nisbiy farqlar massa bo‘yicha %0,23, energiya yutilishi bo‘yicha %3,65 va dastlabki cho‘qqi ezilish kuchi bo‘yicha %4,37 deb xabar qilingan. Bu natijalar taklif etilgan hisoblash doirasi ayni modellashtirish hududida ishonchli ekanini qo‘llab-quvvatlaydi; bu real yuqori tezlikdagi poyezd to‘qnashuvida ayni ishlash ko‘rsatkichi fizik jihatdan tasdiqlanganini anglatmaydi.

Kengayuvchi Quvur To‘qnashuv Energiyasini Qanday Yutadi?

Kengayuvchi quvur — konussimon yoki shunga o‘xshash puanson quvur ichiga kuch bilan kiritilganda metall devorning radial va plastik kengayishi orqali mexanik energiyani deformatsiya energiyasiga aylantiradigan passiv energiya yutuvchi elementdir.

Yuklash boshida puanson bilan quvur o‘rtasida cheklangan kontakt maydoni bo‘ladi. Puanson oldinga siljigan sari kontakt maydoni kattalashadi va quvur devori plastik deformatsiyaga uchraydi. Kuch tez ortadi. Quvur puanson geometriyasiga yetarlicha moslashgach, barqarorroq kengayish rejimi shakllanadi.

Bu xatti-harakatning ikki muhim natijasi bor:

• To‘qnashuv energiyasining bir qismi doimiy metall deformatsiyasiga aylantirilishi mumkin.
• Quvur geometriyasini o‘zgartirish orqali kuch darajasi va energiya yutish xatti-harakatini loyihalash mumkin.

IPCF nega past bo‘lishi kerak?

Initial Peak Crushing Force (IPCF) — deformatsiya boshlanishida yuzaga keladigan dastlabki yuqori kuch cho‘qqisidir. Juda yuqori IPCF energiya yutuvchi konstruksiyaning yukni transport vositasi kuzoviga yoki boshqa tizimlarga keskin uzatishiga sabab bo‘lishi mumkin.

Shuning uchun yaxshi energiya yutuvchi element faqat umumiy hisobda ko‘p energiya yutib qolmasdan, energiyani nazorat qilinadigan kuch darajasida yuta olishi ham kerak.

EA nega yuqori bo‘lishi kerak?

Energy Absorption (EA) deformatsiya jarayonidagi kuch–siljish egri chizig‘i ostidagi maydon bilan bog‘liq jami mexanik energiya yutilishini ifodalaydi.

Yuqori EA bir xil deformatsiya masofasida konstruksiya ko‘proq kinetik energiyani yuta olishini anglatadi.

Nega massa ham optimallashtiriladi?

Energiya yutilishini oshirishning eng oddiy yo‘llaridan biri ko‘proq material ishlatishdir. Biroq temiryo‘l va avtomobil tizimlarida og‘irroq passiv xavfsizlik konstruksiyalari transport vositasining energiya sarfi, o‘q yuklamasi va umumiy dizayn samaradorligi nuqtai nazaridan nomaqbul bo‘lishi mumkin.

Shu sababli tadqiqot faqat kuch va energiyani emas, konstruktiv massani ham optimallashtirish maqsadi sifatida ko‘radi.

O‘zgaruvchan Qalinlikdagi Quvur O‘zgarmas Qalinlikdagi Quvurdan Nega Farq Qiladi?

O‘zgarmas qalinlikdagi quvurda butun o‘q bo‘ylab bir xil devor qalinligi ishlatiladi. O‘zgaruvchan qalinlikdagi VTETda esa devor qalinligi bir uchidan ikkinchi uchigacha o‘zgartirilishi mumkin.

Bu yondashuv materialni deformatsiya ko‘proq qarshilik talab qiladigan hududlarda jamlash, kamroq kritik hududlarda esa devorni yupqalashtirish imkonini beradi.

Chekli Elementlar Modeli Fizik Jihatdan Qanday Tasdiqlandi?

Tadqiqot avval 20 steel materialining cho‘zilish xatti-harakatini tajriba yo‘li bilan aniqlagan. Olingan muhandislik kuchlanish–deformatsiya ma’lumotlari haqiqiy kuchlanish–haqiqiy deformatsiya ko‘rinishiga o‘tkazilib, LS-DYNA material modelida ishlatilgan.

Chekli elementlar to‘ri sakkiz tugunli geksagonal qattiq elementlardan tuzilgan va element o‘lchami 1 mm deb tanlangan.

To‘rtta turli konus burchagiga ega fizik puansonlar yordamida qalinligi o‘zgarmas quvurlar kvazistatik sharoitda kengaytirilgan:

• 15°
• 25°
• 35°
• 45°

Puanson 5 mm/min tezlikda jami 150 mm siljitilgan.

Tajriba va simulyatsiyadagi kuch–siljish egri chiziqlari hamda deformatsiya shakllari umuman bir-biriga yaqin chiqqan; mualliflar buni chekli elementlar modelining keyingi parametrik VTET tahlillari uchun yetarli tasdig‘i deb baholagan.

Muhim tekshiruv chegarasi

Bu bosqichda tadqiqot fizik jihatdan optimallashtirilgan VTET prototipini sinamaydi.

Tasdiqlangan zanjir quyidagicha:

UTET fizik tajribasi → UTET chekli elementlar tasdig‘i → ayni modellashtirish yondashuvini VTET hisoblariga ko‘chirish.

Demak, VTET ishlash ko‘rsatkichlari bevosita prototip sinovi bilan tasdiqlanmagan.

Ortogonal Tajriba Qaysi Parametrlar Muhim Ekanini Ko‘rsatdi?

To‘rtta loyihalash parametrining IPCF, EA va massaga ta’sirini o‘rganish uchun 16 shartli ortogonal dizayn qo‘llangan.

ANOVA natijalariga ko‘ra:

D parametri EA uchun statistik jihatdan muhim bo‘lganiga qaramay, massa va IPCF uchun muhim chiqmagan. Tadqiqotchilar uchta chiqish uchun umumiy va talqin qilish osonroq bo‘lgan kirishlar to‘plamidan foydalanish maqsadida Dni keyingi FI-FCN modelidan chiqarib tashlagan.

Shuning uchun keyingi optimallashtirish:

tmin + tmax + α → IPCF + EA + m

munosabatidan foydalanadi.

FI-FCN Oddiy Neyron Tarmoqdan Nega Farq Qiladi?

FI-FCN klassik fully connected neural network tuzilmasiga Feature Importance — Xususiyat Muhimligi qatlamini qo‘shadi.

Ortogonal tajriba va ANOVA natijalaridan olingan muhimlik ma’lumoti kirish o‘zgaruvchilarining neyron tarmoqqa bir xil og‘irlik bilan kirishiga yo‘l qo‘ymaydi. Muhimroq deb qaralgan o‘zgaruvchilar boshlanishida kuchliroq ifodalanadi.

Model tuzilmasi:

1. Kirish qatlami: tmin, tmax va α.
2. Feature Importance qatlami.
3. 32 neyronli yashirin qatlam.
4. 64 neyronli yashirin qatlam.
5. Chiqish: IPCF, EA yoki massa.

Har bir maqsad uchun alohida surrogat model yaratilgan.

Mashinaviy o‘rganish ma’lumotlari qanday yaratildi?

Maximin Latin Hypercube Sampling yordamida loyihalash fazosidan 100 parametr kombinatsiyasi tanlangan va har bir kombinatsiya chekli elementlar modeli bilan yechilib, IPCF, EA va massa qiymatlari hosil qilingan.

Shunday qilib, FI-FCNning asosiy o‘qitish ma’lumotlari fizik to‘qnashuv tajribalaridan emas, tasdiqlangan chekli elementlar modelidan keladi.

Besh karrali kross-validatsiya natijasi

Massa eng oson prognoz qilinadigan chiqish bo‘lib ko‘rinsa, IPCF murakkabroq maqsad bo‘lgan.

NSGA-II Bir Vaqtning O‘zida Uchta Zid Maqsadni Qanday Optimallashtiradi?

Optimallashtirish muammosi:

• IPCFni minimallashtirish
• EAni maksimallashtirish
• Massani minimallashtirish

ko‘rinishida tuzilgan.

Bu maqsadlarning yagona matematik optimumi bo‘lishi shart emas. Shu sababli NSGA-II Pareto yechimlar to‘plamini hosil qiladi.

Pareto-optimal yechim — boshqa mezonlardan kamida birini yomonlashtirmasdan turib boshqa bir mezonni yaxshilab bo‘lmaydigan dizayndir.

EW-GRA-TOPSIS Pareto Frontidan Bitta Dizaynni Qanday Tanlaydi?

NSGA-II ko‘plab yaroqli yechimlarni yaratgani uchun muhandislik amaliyotida bitta dizaynni tanlash maqsadida EW-GRA-TOPSIS qo‘llangan.

Birinchi bosqichda Entropy Weight Method har bir ishlash mezonining Pareto to‘plamidagi axborotni farqlash qobiliyatiga ko‘ra obyektiv og‘irligini aniqlaydi.

Ikkinchi bosqichda ikkita mustaqil baholash bajariladi:

• TOPSIS: yechimning ideal dizaynga geometrik yaqinligi.
• GRA: ishlash naqshining ideal etalonga trend bo‘yicha o‘xshashligi.

Yakuniy bosqichda ikkala ball teng og‘irlikda birlashtiriladi.

Ushbu usulda IPCF 0,443 bilan eng yuqori entropiya og‘irligini olgan. EA og‘irligi 0,251 deb xabar qilingan.

Tadqiqotning Usuli va Natijalari

Tanlangan Yakuniy Dizayn Parametrlari Qanday?

EW-GRA-TOPSIS baholashida 145-sonli yechim eng yuqori umumiy baholash balliga erishgan.

Optimallashtirish Natijasi Chekli Elementlar Tahlili bilan Qanchalik Mos Keldi?

Uchala farq ham %5 dan past bo‘lishi FI-FCN + NSGA-II + EW-GRA-TOPSIS zanjiri foydalangan chekli elementlar loyihalash fazosi ichida izchil prognoz bera olishini qo‘llab-quvvatlaydi.

Manbada EA bo‘yicha ichki nomuvofiqlik bor

Natijalar izohlangan paragrafda 67,68 kJ qiymati optimallashtirish prognozi, 65,21 kJ esa chekli elementlar natijasi sifatida berilgan. Darhol keyingi 6-jadval esa qiymatlarni aksincha belgilaydi.

Shu sababli Verianla ushbu ikki sonning qaysi biri qaysi toifaga tegishli ekaniga manba nomidan yangi hukm chiqarmaydi; yuqoridagi jadval manbaning o‘z 6-jadvali tartibiga ko‘ra berilgan.

Tadqiqotning Kuchli Tomonlari Qanday?

• Material xatti-harakatining tajribaviy cho‘zilish sinovi bilan aniqlanishi.
• Chekli elementlar modelining real kvazistatik kengaytirish tajribalari bilan tekshirilishi.
• O‘zgaruvchan qalinlikning faqat intuitiv emas, parametrik loyihalash o‘zgaruvchisi sifatida modellashtirilishi.
• ANOVA yordamida o‘zgaruvchilar muhimligining optimallashtirishdan oldin tahlil qilinishi.
• Statistik xususiyat muhimligi ma’lumotining mashinaviy o‘rganish modeliga uzatilishi.
• Besh karrali kross-validatsiyadan foydalanilishi.
• Uchta qarama-qarshi maqsadning Pareto optimallashtirishida birgalikda ko‘rib chiqilishi.
• Pareto to‘plamidan yakuniy dizaynni tanlashda bitta mezon o‘rniga EWM, TOPSIS va GRAning birgalikda ishlatilishi.

Tadqiqotning Cheklovlari Qanday?

• Optimallashtirilgan VTET fizik jihatdan ishlab chiqarilib sinovdan o‘tkazilmagan.
• Model tasdig‘i qalinligi o‘zgarmas UTET ustida bajarilgan.
• Fizik sinovlar kvazistatik yuklash sharoitida; bu real yuqori tezlikdagi to‘qnashuv emas.
• FI-FCNning o‘qitish ma’lumotlari asosan chekli elementlar simulyatsiyalaridan keladi.
• D parametri EAga sezilarli ta’sir qilgan bo‘lsa-da, umumiy model izchilligini ta’minlash maqsadida keyingi modeldan chiqarilgan.
• Natijalar paragrafi bilan 6-jadval o‘rtasida EA qiymatlarining prediction/simulation yorliqlari bo‘yicha teskari holat mavjud.
• 20 steel cho‘zilish sinovi uchun keltirilgan GB/T 16865-2013 manbasining sarlavhasi ishlatilgan material bilan aniq mos kelmaydi.
• Real transport vositasi kuzovi, yo‘lovchi yuklari va yuqori tezlikdagi to‘qnashuv ssenariylari ushbu maqolada tasdiqlanmagan.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlaydigan natijalar

• O‘zgaruvchan qalinlik kengayuvchi quvurlarda ko‘p maqsadli dizayn uchun qo‘shimcha erkinlik beradi.
• Qalinlik parametrlari va konus burchagi IPCF, EA hamda massaga sezilarli ta’sir qilishi mumkin.
• UTET tajribalari bilan kalibrlangan chekli elementlar modeli VTET loyihalash fazosini raqamli o‘rganishda qo‘llanishi mumkin.
• FI-FCN ishlatilgan simulyatsiya ma’lumotlar to‘plamida IPCF, EA va massani yuqori R² bilan prognoz qilishi mumkin.
• NSGA-II uchta qarama-qarshi ishlash maqsadi o‘rtasida keng Pareto yechimlar to‘plamini hosil qiladi.
• EW-GRA-TOPSIS Pareto yechimlari orasidan ma’lumotga asoslangan murosaviy dizaynni tanlash uchun qo‘llanishi mumkin.
• Tanlangan yechimning surrogat model natijalari bilan chekli elementlar natijalari o‘rtasidagi farqlar %5 dan past qolgan.

Tadqiqot qo‘llab-quvvatlamaydigan natijalar

• Optimallashtirilgan VTET real yuqori tezlikdagi poyezd to‘qnashuvida fizik jihatdan tasdiqlangani ko‘rsatilmagan.
• Tadqiqot yo‘lovchi jarohati ma’lum foizga kamayishini ko‘rsatmaydi.
• Mashinaviy o‘rganish bevosita tajriba ma’lumotlariga tayangan holda real to‘qnashuvni prognoz qiladi deb aytib bo‘lmaydi.
• FI-FCNning yuqori R² qiymatlari real dunyodagi barcha VTET dizaynlarida ayni aniqlikni kafolatlamaydi.
• Bitta Pareto yechimi barcha muhandislik amaliyotlarida universal “eng yaxshi” ekani ko‘rsatilmagan.
• O‘zgaruvchan qalinlikdagi quvur barcha o‘zgarmas qalinlikdagi dizaynlardan barcha ishlash mezonlari bo‘yicha bir vaqtda ustun ekani ko‘rsatilmagan.

Tadqiqotning muhandislik nuqtai nazaridan asosiy hissasi

Tadqiqotning eng muhim hissasi faqat yangi quvur geometriyasini taklif qilish emas. Asosiy hissa fizik tajribadan boshlanib, qaror qabul qilish bosqichigacha davom etadigan birlashtirilgan loyihalash ish oqimidir:

Material sinovi → fizik kengaytirish sinovi → chekli elementlar tasdig‘i → ortogonal parametr tahlili → FI-FCN surrogat modeli → NSGA-II Pareto optimallashtirish → EW-GRA-TOPSIS → chekli elementlar tekshiruvi.

Bu tuzilma ko‘plab qimmat chekli elementlar tahlillarini optimallashtirish siklida qayta-qayta to‘g‘ridan-to‘g‘ri ishlatish o‘rniga, o‘qitilgan surrogat model orqali ancha tez va keng loyihalash qidiruvini amalga oshirish imkonini beradi.

Manba va Usul Izohi

Asl sarlavha:Multi-Objective Crashworthiness Optimization of Variable-Thickness Expansion Tubes Using Machine Learning and Decision-Making.

Mualliflar: Dezhuang Yu, Haitao Dong, Zhanyu Liu, Weiyuan Guan, Jijian Lu.

Muassasalar: CRRC Dalian Locomotive and Rolling Stock Co., Ltd.; School of Traffic and Transportation Engineering, Central South University.

Jurnal:Machines.

Yil / jild / maqola raqami: 2026, 14, 692.

Nashr sanasi: 16 Iyun 2026.

DOI: 10.3390/machines14060692.

Litsenziya: Creative Commons Attribution (CC BY).

Tadqiqot turi: Tajribaviy tasdiqlash, chekli elementlar tahlili, mashinaviy o‘rganish, ko‘p maqsadli optimallashtirish va ko‘p mezonli qaror qabul qilishni birlashtirgan konstruktiv to‘qnashuvga chidamlilik tadqiqoti.

Material: 20 steel.

Tajribaviy tasdiqlash: Fizik UTET kvazistatik kengaytirish tajribalari; 15°, 25°, 35° va 45° puanson burchaklari.

Chekli elementlar dasturi: LS-DYNA.

Mashinaviy o‘rganish: Feature Importance qatlamli Fully Connected Network (FI-FCN).

Model kirishlari: tmin, tmax va α.

Model chiqishlari: IPCF, EA va konstruktiv massa.

Namuna olish: Maximin Latin Hypercube Sampling, 100 dizayn namunasi.

Modelni baholash: Besh karrali kross-validatsiya; R², RMSE, MAE va MAPE.

Ko‘p maqsadli optimallashtirish: NSGA-II.

Qaror qabul qilish: Entropy Weight Method + Grey Relational Analysis + TOPSIS.

Tanlangan dizayn: tmin=2,08 mm; tmax=7,62 mm; α=44,90°.

Chekli elementlar taqqoslashidagi nisbiy farqlar: massa %0,23; EA %3,65; IPCF %4,37.

Muhim tajriba cheklovi: Optimallashtirilgan VTET fizik jihatdan ishlab chiqarilmagan; VTET natijalari UTETda tasdiqlangan chekli elementlar metodologiyasiga asoslanadi.

Manba ichidagi izchillik izohi: 6-jadval bilan natijalar paragrafi 65,21 kJ va 67,68 kJ EA qiymatlarining “optimal result” va “simulation result” yorliqlarida bir-biriga zid. Bundan tashqari, 20 steel namunasi uchun keltirilgan GB/T 16865-2013 standartining manba sarlavhasi alyuminiy/magniy qotishmalari bilan bog‘liq. Bu nuqtalar manba nomidan yashirin tarzda tuzatilmagan.

Moliyalashtirish: Natural Science Foundation of Hunan Province, Grant No. 2024JJ6519.

Ma’lumotlarga kirish: Ma’lumotlar so‘rov asosida mas’ul muallifdan olinishi mumkinligi bildirilgan.

Manfaatlar to‘qnashuvi: Manbada Dezhuang Yu, Haitao Dong va Zhanyu Liuning CRRC Dalian Locomotive and Rolling Stock Co., Ltd. xodimlari ekani bayon qilingan.

Verianla usul izohi: Ushbu mazmun manba maqolaning paragrafma-paragraf tarjimasi emas. Tajribaviy tasdiqlash, chekli elementlar modeli, ortogonal dizayn, FI-FCN surrogat modeli, ko‘p maqsadli optimallashtirish, Pareto tahlili va EW-GRA-TOPSIS qaror jarayoni mustaqil o‘quv tuzilmasida qayta tashkil qilingan. Chekli elementlar prognozlari real yuqori tezlikdagi to‘qnashuv natijalari sifatida taqdim etilmagan va manba ichidagi raqamli/bibliografik nomuvofiqliklar ko‘rinadigan holda saqlangan.