非光滑表面Mira阶梯背模型气动特性分析

对Mira阶梯背模型外流场进行数值模拟并验证,表明仿真结果可靠;研究了非光滑单元体类型对气动性能的影响,结果表明半球形凹坑减阻效果最优,减阻率为4.87%;采用正交试验方法研究了凹坑型非光滑单元体的排列方式、深度、纵横间距(纵横为等间距)等对气动性能的影响,结果表明影响减阻效果的主次因素为非光滑单元体的深度、纵横间距、速度、排列方式,其中最优组合减阻率为6.07%。     

基于凹坑非光滑体结构的车身气动减阻优化

以Mira斜背式模型为研究对象,将凹坑型非光滑单元结构引入到Mira模型的尾部。以气动风阻系数最小为优化目标,采用多岛遗传算法对凹坑型非光滑单元结构的特征参数进行优化设计。首先对凹坑型非光滑单元结构的特征参数进行实验设计,分析各参数对优化目标的贡献率;其次根据样本点与其响应值之间的数学关系,构建可信度高的Kriging近似模型;最后以此近似模型为基础,在各参数范围内寻求最优解。研究结果表明:在Mira斜背式模型尾部布置凹坑深度为6 mm、横向间距为37 mm、纵向间距为45 mm、直径为41 mm的凹坑型非光滑单元结构,减阻率最显著可达到8.3%。     

基于边界层控制的高速列车减阻技术

为减小高速列车在运行过程中的气动阻力,提出一种基于边界层控制的减阻技术。以CRH3高速列车为研究对象,通过在车体表面加设球窝非光滑表面来控制边界层的湍流特性,实现列车运行减阻效果;通过PRO/Engineer三维软件建立了高速列车模型、参数化的球窝模型和计算域模型,在不影响研究效果的前提下,对高速列车模型进行简化处理以减少数值仿真计算周期;为使网格能够更好地贴合流线型车体和球窝非光滑表面,采用ICEM CFD软件对计算域进行非结构网格划分;在考虑列车表面粗糙度对气动阻力的影响工况下,应用商业流体软件FLUENT中的k-ε湍流模型对列车在300km·h~(-1)明线运行工况下的列车外流场进行数值仿真分析。仿真结果表明:只在尾车加设球窝非光滑表面更有利于列车减阻,且随球窝的半径、深度和阵列距离的增大,列车的气动阻力均呈先下降后上升的趋势;当球窝阵列距离为350mm,球窝半径为80mm,球窝深度为10mm时,球窝非光滑表面的减阻效果最好,此时气动阻力为2 220.4N,没有加设球窝非光滑表面的列车气动阻力为2 967.9N,减阻率可达25.19%。可见,采用球窝非光滑表面来改变边界层湍流特性是降低列车气动阻力的有效途径。     

高速列车受电弓杆件减阻降噪研究分析

高速列车受电弓是列车高速运行时气动阻力和气动噪声的主要来源之一。为探索受电弓杆件的减阻降噪方法,基于仿生学思想将高速列车受电弓光滑表面设计成螺纹型非光滑结构,同时研究在螺距和螺纹直径参数下对气动阻力和气动噪声的影响。选取高速列车受电弓杆件的典型尺寸建立流体仿真分析模型,采用非结构化混合网格,利用Standard k-ε湍流模型及宽频噪声模型,通过数值方法计算流场的分布特征和气动噪声大小。计算结果表明:螺纹型非光滑结构能更好地影响圆柱体尾涡区的形成,是有效降低高速列车受电弓杆件气动阻力和气动噪声的关键。为了进一步探究螺纹型非光滑结构杆件对高速列车受电弓减阻降噪的影响,设计了凹槽螺纹型和凸陷螺纹型两种不同结构杆件,分别在不同的螺距和螺纹直径参数下进行流场计算结果分析。结果表明,在350 km/h的风速下,螺距和螺纹直径参数一定时,凸陷螺纹型杆件的减阻降噪效果要优于凹槽螺纹型结构;其中,螺距PPD=60 mm,螺纹直径d=1 mm的凹槽螺纹型杆件具有最优减阻降噪效果,单个杆件的减阻率达3%;而对于凹槽螺纹型杆件类型,螺距PPD一定时,d/D的比值在0.017～0.067范围内,随着螺纹直径d的增大气动阻力和气动噪声均升高,当d/D数值超过0.067之后有显著降低气动阻力和气动噪声的趋势。     

发动机进气道三维数值模拟及仿生设计

基于仿生学的基本原理,提出一种能降低发动机进气喉管阻力的仿生非光滑结构形式,并以170F柴油机进气道为分析对象,利用计算流体力学方法研究了仿生非光滑进气喉管对发动机进气阻力的影响。建立170F型柴油机进气道Fluent分析模型(发动机进气道内空气流动域、边界条件及初始条件),进气道气体的湍流现象采用SST k-ω模型模拟。为提高计算效率,对计算域进行多块离散。进气道内的空气流动仿真分析结果表明:在进气道喉管处添加凹坑型非光滑表面后,进气道进气阻力减小14.2%左右,流通系数提高1.2%左右。     

凸包非光滑表面高速列车气动阻力及噪声研究

为减少高速列车在运行中的气动阻力及噪声,提高列车运行效率、节约能耗,提升旅客乘坐舒适度,提出凸包非光滑表面减阻技术应用于高速列车领域。以CRH3型高速列车为研究对象,通过在车体的头部和尾部加设凸包来控制湍流特性,以达到减阻、降噪效果。首先,利用PRO/Engineer建立非光滑表面CRH3高速列车简化模型,采用ICEM CFD软件对模型划分非结构网格;其次,应用Fluent流体仿真软件基于标准模型对稳态运行速度为300 km/h时的列车进行仿真计算空气阻力;最后,利用宽频带噪声模拟气动性能良好的列车外表面噪声。结果显示:将间距为460 mm、半径为40 mm、高度为10 mm的凸包阵列结构布设在前挡风玻璃周围对减小气动阻力有积极作用,阻力值为3 715 N,减阻率为1.77%,而此参数凸包非光滑对列车裙板上缘有普遍降噪效果,最大降噪率为1.72%,而对车鼻处及车顶部则会增加噪声。研究表明,通过在头车加设凸包可以改变边界层湍流特性达到减小列车气动阻力及降低部分位置气动噪声的效果。     

表面织构对曲轴轴承润滑性能的影响

考虑凹槽与凹坑织构之间的协同润滑效应,在曲轴轴承表面设计了抛物线凹槽-球形凹坑复合织构,以改善轴承的润滑性能;为了分析抛物线凹槽-球形凹坑复合织构对曲轴轴承润滑性能的影响,基于平均Reynolds方程和Greenwood-Tripp微凸体接触方程构建了曲轴轴承的混合润滑模型,并采用质量守恒的边界条件处理油膜的破裂和再形成行为,分析了凹槽织构、凹坑织构与凹槽-凹坑复合织构的摩擦学性能,研究了凹槽-凹坑复合织构的分布位置和结构参数对轴承承载力和摩擦力的影响。分析结果表明:凹槽-凹坑复合织构具有高于凹槽织构的承载力和低于凹坑织构的摩擦力;存在最优的凹槽宽度为1.3mm,凹槽面积率为0.7,凹槽最大深度为25μm,凹坑数量为6,凹坑面积率为0.7,凹坑最大深度为20μm,使得轴承量纲为1的承载力最大;存在最优的凹槽宽度为2.6mm,凹槽面积率为0.7,凹槽最大深度为30μm,凹坑数量为15,凹坑面积率为0.7,凹坑最大深度为35μm,使得轴承量纲为1的摩擦力最小;当凹槽-凹坑复合织构的分布位置、结构参数取最优值时,相对于无织构轴承而言,轴承的承载力提高了4.1%,摩擦力减小了19.6%。     

基于混合遗传算法的径向滑动轴承表面织构优化

在内燃机曲轴系统的径向滑动轴承表面设计了球形凹坑织构,以改善润滑性能;为了获得最大的轴承承载力和最小的摩擦因数,提出了基于序列二次规划算法和遗传算法的混合进化优化方法,构建了径向滑动轴承球形凹坑织构的优化模型,对凹坑织构的分布位置和结构参数进行了全局寻优,得到了给定工况下最优的织构角度和最大深度;为了求解径向滑动轴承的承载力和摩擦因数,考虑曲轴和轴承表面粗糙度对油膜流动的影响,采用质量守恒的JFO空穴算法处理油膜的破裂和再形成行为,基于平均Reynolds方程和Greenwood-Tripp微凸体接触方程构建了球形凹坑织构径向滑动轴承的混合润滑模型,分析了球形凹坑织构的分布位置和结构参数(数量、面积率和最大深度)对径向滑动轴承承载力和摩擦因数的影响。分析结果表明:径向滑动轴承的承载力和摩擦因数是凹坑面积率的单调函数;存在最优的凹坑织构角度和最大深度使得径向滑动轴承的承载力最大与摩擦因数最小;当偏心率由0.3增加到0.7时,轴承承载力的提升量由13.38%下降到0.62%,摩擦因数的降低量由0.73%逐渐下降至负数,因此,当偏心率较小时,球形凹坑织构能够有效降低径向滑动轴承的摩擦因数,增大承载力,当偏心率较大时,球形凹坑织构无益于轴承摩擦因数的降低。     

高速列车波浪形受电弓弓头的气动特性数值研究

以高速列车受电弓弓头为研究对象,应用Fluent软件对弓头气动特性进行数值模拟,对受电弓弓头结构进行优化,提出了下表面波浪形新型弓头结构,探究弓头下表面结构对气动特性的影响。首先,以方柱绕流为研究对象进行湍流模型验证,结果表明使用Transition SST湍流模型对弓头二维模型进行数值仿真是可行的。其次,以CX-NG型受电弓为基础建立了传统方形弓头模型,对其进行模拟计算。最后,对受电弓弓头进行下表面结构改形设计,将下半部分外形优化为凹、凸波浪形。在不同速度下,建立弓头周围流场的速度与压力云图,将凹、凸形弓头与传统方形弓头进行气动特性对比,分析不同外形结构对流场的影响。对比分析发现,使用凸形受电弓弓头能够达到较好的减阻效果。在3种列车运行速度下,阻力系数C_d分别减少了10.26%、11.23%、12.69%。     

微织构表面液滴铺展特性

以Flow-3D为基础,对不同微织构表面上液滴的铺展过程进行了动力学仿真,提出了三相接触线的移动机制,并用接触线铺展标定律、铺展速度和最终铺展半径评价液滴在微织构表面上的铺展特性。试验结果表明:液滴在微织构表面和光滑表面上分别满足相应的铺展标定律,微织构增大了固-液接触面积,液滴铺展过程获得了额外驱动力,因而,铺展速度和最终铺展半径都增大;在正方形凹坑表面,最终铺展半径由1.05mm增大到1.30mm,而在正方形凸起表面,最终铺展半径达到最大值1.62mm;相比于微凹坑,微凸起更有利于液滴的铺展,由于微凸起的存在,固-液间接触面积迅速增大,液滴铺展获得了额外的驱动力,加上微凸起之间形成的微通道,三相接触线始终保持连续性特征;反观微凹坑表面,虽然固-液间的接触面积增大,但是三相接触线钉扎在微凹坑内,随着铺展速度逐渐降低,液滴最终稳定在平衡位置;液滴在长方形织构表面上的铺展过程具有各向异性,平行于微织构方向的铺展速度大,最终铺展半径为1.13mm,铺展特性较好,而垂直于微织构方向的铺展速度小,由于三相接触线的不连续性,最终铺展半径为0.94mm,铺展特性较差。     

磁场调制式永磁齿轮齿槽转矩分析

基于磁场能量法,给出磁场调制式永磁齿轮(Field Modulated Permanent Magnetic Gear,FMPMG)的齿槽转矩数理模型,进而得出与齿槽转矩相关的结构参数;提出了不同结构参数的优化修型方法,并借助有限元仿真(FEM)验证其有效性;通过仿真结果比对获得FMPMG的最优修型方法,有效减小齿槽转矩,并使FMPMG的动力学特性最优.     

车站作业方案对高铁车站通过能力影响分析

车站作业方案的确定对高铁车站通过能力有重要影响.首先分析高铁车站通 过能力的影响因素,建立计算高铁车站通过能力的仿真模型,明确车站作业方案是高铁 车站通过能力的关键影响因素,并重点对高铁车站通过能力的车站作业方案决策规则进 行分析,然后提出了基于正交试验的仿真试验方法,对不同车站作业方案下的高铁车站 通过能力进行仿真计算,利用极差法对仿真结果进行分析.最后用实例对该试验方法的有 效性进行了验证,确定了能使高铁车站通过能力最大的最优车站作业方案组合.     

非线性LTS估计的截断凝聚光滑化方法

LTS估计是一类稳健估计,其模型可以转化为min-min-sum型非凸非光滑优化问题,其目标函数是从m个光滑函数中取m？个的组合求和,即使m不是很大,组合数也会非常大,导致min函数的组成函数个数非常多,求解非常困难。针对这个问题的特点,并结合解一般minmax问题的截断凝聚光滑化方法,给出了解LTS估计问题的截断凝聚光滑化算法。数值结果表明了算法的有效性和高效率。     

钝头列车加装底罩结构的减阻效果分析

为减少钝头列车的气动阻力,对车头圆顶、车体底罩、车间风挡的假想模型进行数值模拟计算。结果表明:钝头列车加装车体底罩及车头前部圆顶等结构,并以高于100km/h的速度运行时,减阻效果良好,行驶速度越高,减阻效果越明显。     

一类存在间隙和摩擦的分段光滑振动系统的动力学特性

研究了简谐激励作用下含非光滑力学因素间隙和摩擦的两自由度振动系统的动力学.通过数值仿真揭示了该分段光滑振动系统随激振频率变化呈现的粘滞和非粘滞周期振动及分岔特点,分析了摩擦系数对系统周期冲击振动、分岔及滑移-粘滞状态的影响.     

活动支座摩阻力对桥上无缝线路力学特性的影响

在我国铁路的建设过程中,高架桥梁所占的比例越来越大。桥梁的活动支座处存在一定数量的摩阻力,在温度和车辆荷载的作用下,可能会使轨道和桥梁结构的受力与变形增大。由于现有的铁路设计规范中对活动支座处的摩阻力并没有特殊的规定,因此在进行常规的理论仿真分析时,一般不考虑活动支座处摩阻力的影响,这种算法上的简化可能会使温度和车辆荷载作用下的计算结果产生比较大的偏差。通过建立考虑活动支座摩阻力和不考虑活动支座摩阻力的两种铺设CRTSⅠ型板式无砟轨道的桥上无缝线路精细化空间耦合仿真模型,研究活动支座处摩阻力对梁轨相互作用的影响,并对今后分析桥上无砟轨道无缝线路结构时是否考虑活动支座处的摩阻力提供建议和参考依据。     

非光滑规划的Lagrange鞍点定理

本文所涉及的是一个带不等式约束的非凸非可微规划。在这类非光滑规划中,本文引 进了Kubn一丁冶cker向量及比夕朗ge鞍点的概念,研究了该非光滑问题的最优解的性 质,并证明了在一定条件下,u卑a川笋鞍点定理成立。      

隧道结构对高速列车穿行过程气动特性的影响

以CRH2型高速列车穿行隧道过程的气动特性为研究对象,建立了列车模型及具有不同缓冲结构、不同阻塞比的隧道计算模型,并与相同工况下的模型实验进行对比,验证了仿真模型的可行性.以kε-湍流模型为基础,对高速列车以不同速度进入具有不同缓冲结构、不同阻塞比的隧道时的外流场进行了仿真模拟.分析了列车在进入隧道时压缩波的产生机理,得到了列车表面风口在车体进入隧道过程中的压力波动情况.仿真结果表明：隧道缓冲结构的缓冲性能按抛物线型、线性、不连续性的顺序依次减小;压力值随阻塞比增大而线性减小.由此提出了减小列车进入隧道时表面压力波动的方法.     

基于神经网络算法的沥青路面使用性能组合预测模型研究

为了准确预测沥青路面使用性能变化规律,提出了基于径向基神经网络算法的路面使用性能组合预测模型PCA-GA-RBF;针对神经网络收敛速度慢、模型参数容易陷入局部最优的问题,采用主成分分析算法对路面使用性能影响因素进行了降维处理,利用遗传算法对神经网络结构进行了优化;通过路面行驶质量的预测分析对组合预测模型进行了验证。研究表明：组合预测模型PCA-GA-RBF的拟合优度R²=0.820,均方根误差S=2.645,比单一RBF神经网络预测模型误差降低了11.4%,平均预测准确率为84.13%;组合预测模型计算速率快、预测精度高、预测效果好。     

汽车防抱死制动系统的最优控制

通过对汽车防抱死制动系统的基本结构和工作原理的分析,给出了1／4车辆系统的数学模型,并将最优控制理论用于汽车防抱死制动系统,最后进行了防抱死制动过程仿真,并对普通制动和基于最优的ABS仿真结果进行比较分析。