积雪环境下复合护套瓷腕臂绝缘子电场优化仿真分析

中国铁路既有线路广泛应用瓷绝缘子,瓷绝缘子春冬季容易出现"雪闪"问题,为预防"雪闪"发生,提高牵引供电可靠性,以QBG-25型棒式瓷绝缘子为基础,设计一种腕臂复合瓷绝缘子.基于电磁场理论,搭建有限元仿真模型,以绝缘子伞裙沿面平均电场强度作为电场畸变程度特征参数和优化判据,分析平、斜安装腕臂绝缘子在两种积雪机制和三种污秽...     

风沙环境下不同强度等级砂浆冲蚀磨损试验研究

针对戈壁风沙流环境特点,采用气流挟沙喷射法,对不同强度等级砂浆进行冲蚀磨损实验,研究冲蚀参数和砂浆强度对冲蚀磨损的影响.实验结果表明,砂浆试样的冲蚀率随冲蚀速度的增大而增大;在低速冲蚀时,强度对冲蚀率影响较小,而在高速冲蚀时,影响较大;各试样速度指数在2.1~2.8之间,与脆性材料的冲蚀磨损预测值相一致.砂浆靶材在45°攻角冲蚀时冲蚀率最低,而在90°攻角冲蚀时冲蚀率最高,符合脆性材料的冲蚀规律.砂浆试样的冲蚀量随冲蚀时间近似呈线性关系增大,不存在冲蚀孕育期.砂浆试样的冲蚀磨损机制为选择性冲蚀磨损.     

污秽绝缘子安装并联间隙的雷电击穿特性分析

为了分析不同盐密值下污秽绝缘子并联间隙的雷电冲击击穿特性,以SC-210瓷横担绝缘子为例进行雷电冲击试验,通过对比清洁和污秽绝缘子的电场仿真结果,对试验时多次发生沿绝缘子表面闪络的现象进行了分析. 试验和分析表明:安装并联间隙的SC-210瓷横担,其雷电冲击击穿电压U_50%随盐密值增加而降低,更容易趋于饱和;污秽绝缘子与防雷间隙的雷电冲击伏秒特性曲线逐渐相交,试验时多次发生沿绝缘子表面闪络的现象. 研究结果建议在进行并联间隙与绝缘子串的绝缘配合整定时,应考虑绝缘子表面污秽对闪络/击穿部位的影响.      

基于视觉的接触网绝缘子污秽检测技术初探

接触网绝缘子表面容易积累污秽并诱发污闪,这对于电气化铁路的安全运营是一个极大的隐患.针对此问题,将机器视觉技术应用于接触网绝缘子污秽检测,提出了基于SURF特征样本库对绝缘子进行识别,采用双目摄像头计算出绝缘子的位置信息,根据HSV的色彩范围对绝缘子污秽进行分类.实验室测试表明,通过这些方法能够有效的判断绝缘子的污秽状况.     

基于三维模型的染污复合绝缘子电场特性分析

为了揭示接触网腕臂复合绝缘子在不同染污状态下电场特性的演变过程,建立了绝缘子真实三维模型,基于电准静态场和有限元法仿真分析了清洁、干污、水珠及湿污等状态下绝缘子电场分布特性,并针对薄污层不利于有限元建模剖分的问题,提出了采用电屏蔽边界条件模拟导电污层的电流效应.仿真结果表明:伞形结构对清洁绝缘子电场分布几乎无影响,圆周方向电场具有对称性.干污、水珠及湿污等不同染污状态下,电位分布从不规则曲线变为近似直线,电场从纯电容特性逐渐过渡到纯电阻特性,最大场强呈现出先增大后减小的趋势,场强分布不均性随着憎水性的减弱越加明显,场强集中位置从高、低压端转移到伞裙护套上.     

消失模液锻中气隙压力和气流速度的计算分析

通过计算分析了消失模液锻制备颗粒增强金属基复合材料中，附带的增强颗粒泡沫载体与金属液作用后产生的气隙压力和气流速度，然后在消失模液锻TiC／ZG270-500实验中测量气隙压力和气流速度值，并探讨液锻工艺参数对气隙压力和气流速度的影响规律．实验结果表明：气隙压力和气流速度随充型速度、浇注温度、内浇口与排气孔横截面积比呈递增趋势，但均不随成形压力变化．此外，气流速度还随排气孔与型腔横截面积比增大而增大，气流速度随工艺参数变化趋势较平缓．     

煤炭漏斗车煤堆上表面煤炭颗粒损失的数值仿真

通过采用三维不可压缩方程和RNG k-ε双方程湍流模型,建立了一节煤炭漏斗车车厢三维模型,首次对其在时速80 km/h煤堆上表面的煤炭颗粒在气流影响下飘落损失的多相流流场进行数值分析.结果表明:煤炭漏斗车在运行过程中,车体前端墙为正压,侧墙及后端墙处于负压,在煤堆上表面前部有明显的涡流产生,在车体中部上表面区域空气流速较小,速度变化比较平稳;由于空气涡流的影响,煤堆上表面中部的煤炭颗粒先往前部堆积,导致煤堆中部的煤炭颗粒减少,随后,煤堆上表面的煤炭颗粒在气流的作用下大部分朝下游飘落损失掉了;煤炭颗粒粒径为0.5 mm的煤炭颗粒损失量为97.5%,粒径为5 mm的煤炭颗粒损失量为69%,粒径为1、3、5 mm的煤炭颗粒相比于0.5 mm的损失量分别下降1.5%、14.5%和28.5%,可以得出煤炭颗粒粒径与其损失量成反比关系,即粒径越大,损失量越少.     

降雨环境下大气底层边界型风场对高速列车气动特性影响

采用大气底层边界速度型风场模拟自然风和Marshall-Palmer雨滴谱模型,应用离散相模型研究了风雨联合作用环境下列车运行时气动特性的变化情况.结果表明:雨滴颗粒的加入扰乱了列车周围气流的正常流动,减轻了列车背风侧气流漩涡的脱落,列车迎风侧和背风侧的压力差减小;降雨强度对列车气动特性影响不大,从20 mm/h增大到100 mm/h,受影响最大的横向力仅增大了9.11%;风雨耦合环境下列车的运行速度对气动阻力影响较明显,列车时速从200 km/h到400 km/h,阻力增大了102%;随着车速增大,车辆所受横向力与升力的变化规律与车辆在列车中的位置相关,头车所受到横向力明显增大,而尾车的横向力则呈减小趋势,而所受升力正好相反,头车呈减小趋势,尾车则明显升高.     

用润滑理论进行活塞裙部型线设计计算

用有限元法求解雷诺方程,计算出活塞裙部和气缸壁面之间的油膜的动载分布压力和液体润滑状态下作用在活塞裙部表面上的摩擦部表面上的摩擦力来评价裙部型线优劣。     

高速列车转向架舱内流场实车测试与数值模拟

设计了一种高速列车转向架舱内流场状态测试装置。在无横风、横风速度为15m·s-1与端板角度分别为30°、45°、70°条件下对转向架舱内流场进行了数值模拟,并分析了裙板包覆对转向架舱内积雪形成的影响。试验结果表明:转向架舱内气流流动规律的实测结果与模拟结果相同,说明数值模拟可行;动气流由列车底部以及两侧裙板灌入转向架舱内,流经端板时产生流动分离现象,大部分气流由端板底部及两侧裙板后部排出;自头车往后,流经转向架舱内的气流速度逐渐减小,裙板处进气区域减小,裙板后部排气区域增大;雪粒大多由流经转向架舱底部的气流带入,然后在转向架流场影响下不断沉积而产生积雪;合理设置转向架舱端板角度可以减小冰雪在转向架舱内堆积的概率;包覆裙板并不能有效减少转向架舱内积雪,不建议采用。     

基于FLUENT的直流漏沙式风沙风洞研究

目前的风沙风洞大多适用于风沙地貌、风沙环境的研究以及防护治理，而用于结构风工程的风沙风洞很少,因为其需要在一定高度处能够实现风速和风沙浓度可调的均匀稳定段.为了研究直流漏沙式风沙风洞中风沙流的分布规律，运用FLUENT建立风洞模型，通过对已有的漏沙风洞试验进行数值模拟，验证了模型的正确性.进一步基于风洞风速、漏沙体积分数、漏沙速度等参数对风洞风沙流的影响规律，提出了一种新型的水平多口风洞漏沙装置.对该风沙风洞的分析表明:在试验模拟浓度的范围内，风洞风速越大，同一位置的沙粒分布高度越高；漏沙体积分数和漏沙速度主要影响单位时间内进入风洞的沙粒质量，且试验位置沙粒浓度的峰值与单位时间进入风洞的沙粒质量成正比；该风沙风洞可以得到约1/2风洞高度的沙粒浓度均匀试验段，并可以通过调节漏沙体积分数、漏沙速度和试验位置可得到试验所需的试验风速及对应的沙粒浓度，使其能很好地完成风工程中的风沙定量试验.      

漏斗型峡谷桥址区平均风特性的数值模拟

结合某大跨悬索桥所在山区地形,研究了漏斗型峡谷这一特殊构造地形的桥址区平均风特性,为大跨度桥梁在漏斗型峡谷地区的抗风设计提供依据.首先,建立实际地形的数值模型,并利用Fluent软件对24个不同来流工况进行比较分析;然后,将整体模拟结果与实测结果进行对比,验证数值模拟的合理性;最后,通过模拟结果的对比分析,探讨漏斗型峡谷桥位对风速大小、风攻角、风向角在不同来流方向的影响规律,分析平均风速随攻角分布的特点以及不同位置处的竖向风剖面特性.研究结果表明：漏斗型峡谷桥址区存在明显峡谷风加速效应;漏斗型地形对桥址区来流的攻角和风向分别表现为弱扰乱性和高导向性,来流攻角和风向分别稳定集中在-5°～0°和25°～30°;峡谷中风速对攻角变化的敏感性更高.     

桥梁抖振响应中联合承载函数的计算

利用机翼升力面理论分析了桥梁抖振升力沿跨向的相关函数。结果显示,该相关函数大于脉动风沿跨向的相关,表明片条理论有一定的局限性,基于片条理论的联合承载函数低估了结构对风力的响应。提出了桥梁抖振响应中计算联合承载函数应采用的升力相关函数。     

环境风对高速铁路接触线波动速度的影响

基于空气动力学理论分别推导了作用在接触线上的空气阻尼和脉动风气动载荷, 并将空气动力项添加至接触线波动速度公式中进行修正; 通过风洞试验和CFD绕流仿真得到了横风环境下的气动阻力系数, 分析了不同空气阻尼下接触线波动速度的变化规律; 基于AR模型和接触网的结构特性, 建立了具有时间和空间相关性的接触网脉动风场, 通过仿真计算分析了脉动风速和风攻角对接触线波动速度的影响。研究结果表明: 静风载荷引起的接触线空气阻尼很小, 当平均风速达到30 m·s-1时, 接触线空气阻尼仅为0.3, 接触线波动速度为549.1 km·h-1左右, 因此, 空气阻尼不会对接触线波动速度产生较大影响; 当来流风攻角为60°, 平均风速不大于10 m·s-1时, 脉动风下接触线波动速度标准差和最值差分别小于1和6 km·h-1, 此时接触线波动速度相对无风情况变化较小, 脉动风载荷对接触线波动速度的影响不明显; 当风速达到40 m·s-1时, 接触线平均波动速度较无风情况下降39.39 km·h-1, 且其标准差和最值差分别达到11.84和75.98 km·h-1, 此时接触线波动速度出现大幅下降与振荡, 最小波动速度低至474.16 km·h-1, 因此, 脉动风下风速越大, 接触线波动速度受脉动风载荷影响越显著; 当风速保持30 m·s-1, 来流风攻角为0°~30°时, 接触线波动速度标准差和最值差分别小于1和5 km·h-1, 此时脉动风载荷对接触线波动速度的影响较小; 当风攻角为90°时, 接触线波动速度标准差和最值差分别达到12.38和73.19 km·h-1, 此时接触线波动速度出现大幅下降与振荡, 最小波动速度低至472.91 km·h-1, 因此, 脉动风下来流风越偏于水平方向, 对接触线波动速度的影响越小。      

高速列车随车移动点的脉动风速模拟

以修正Karman风速谱为目标谱, 基于最小信息准则确定线性滤波法自回归模型的阶数, 采用线性滤波法和谐波叠加法模拟了高速列车随车移动点的脉动风速时间历程, 并验证了模拟结果的可靠性, 对比了2种方法模拟脉动风速均值、方差、幅频、相频等特征变量以及风速分布规律的差异, 并分析了2种方法的计算效率。分析结果表明: 采用2种方法得到的脉动风速功率谱密度均围绕目标谱波动; 脉动风速均值约为0, 由于随机数的使用, 使得脉动风速峰值在个别时间点存在差异, 且在低频区域得到的仿真谱差异可能超过50%;不同风向角下计算所得脉动风速均值的差异小于2%, 且脉动风速的分布规律几乎一致; 当列车运行速度为80m·s-1, 且距地面高度10m处平均风速为25m·s-1时, 2种方法得到的脉动风速峰值均值间的差异小于1%, 表明2种方法均适用于模拟高速列车随车移动点的脉动风速; 2种方法所得脉动风速幅值均随脉动风速频率的增大而减小, 相位在-π~π内波动, 脉动风速分布在-3~3m·s-1内的差异仅为0.48%;采用2种方法所得脉动风速点数满足高斯分布, 且高斯分布拟合系数最大差异为3.15%;采用线性滤波法模拟所得脉动风速波动比谐波叠加法大7.89%, 其稳定性劣于谐波叠加法; 采用线性滤波法的计算时间约为谐波叠加法的1/9, 其计算效率远高于谐波叠加法。      

沙尘环境下复合绝缘子表面积污特性的仿真

文中着眼于沙尘环境下复合绝缘子的积污特性的研究，基于Fluent仿真平台的仿真计算和依托沙尘暴模拟系统的模拟试验，将研究结果进行对比，可为沙尘暴环境下复合绝缘子的选型使用、优化设计、运行维护等提供前期预研和开拓经验，且在研究方法上也首次采用仿真的方式，有重大的借鉴意义及实用价值。     

山区Y形河口附近桥址区地形风特性数值模拟研究

为研究在山区Y形河口影响下桥址区的桥梁风载特性,以山区峡谷大跨度悬索桥桥址区真实地形为工程背景,应用CFD(computational fluid dynamics)的方法,建立了桥址区复杂地形区域风场数值模型.通过36个工况的分组对比分析,探讨了山区Y形河口对主梁的平均风速、风攻角、风剖面以及风速放大系数在不同来流方向下的影响规律,并分析了河口处河道的导流与山体的绕流作用.研究结果表明:不同于普通深切峡谷地形风特性,在Y形河口影响下,桥址区附近的平均风速最大增幅达24 m/s,平均风攻角主要表现为负攻角,出现了最高达1.13的风速放大系数,且河道的导流及山体的绕流作用会导致主梁风速分布不均匀.      

层次极限学习机用于高光谱图像预测绝缘子污秽度

高光谱图像具有图谱合一、光谱范围广及分辨率高等优势，能精细化地反映物质微观特性. 为此，引入高光谱成像技术以非接触式预测绝缘子污秽度. 考虑到极限学习机具有学习效率高和泛化能力强等优点，提出基于正则化约束极限学习机的绝缘子污秽度预测（extreme learning machine-insulator pollution degree prediction，ELM-IPDP）模型. 此外，为进一步提升预测性能，引入层次极限学习机从复杂的高光谱图像中学习出有效、抽象、判决性特征表示，继而建立基于层次极限学习机的绝缘子污秽度预测（hierarchical ELM-IPDP，HELM-IPDP）模型. 在不同的训练集与测试集比例和不同隐含层神经元个数的情况下分别进行实验，从实验结果可知:ELM-IPDP模型和HELM-IPDP模型的预测性能基本上随着隐含层神经元个数和训练样本的增加而不断提高；当训练集与测试集比例为9∶1时，ELM-IPDP模型的均方根误差和相关系数分别为0.040 3和0.944 7，而HELM-IPDP模型的均方根误差和相关系数分别提升到0.022 3和0.972 0.      

山区地形对桥位风场影响的数值模拟

为研究山区地形对处于峡谷中桥梁风场特性的影响,以建设在某峡谷中的一座大跨度桥梁为研究背景,利用计算流体力学软件FLUENT,设计了数值模拟方法,对桥址处风场进行计算分析.在利用实验数据验证模拟方法可靠性的基础上,通过不同来流方向的计算结果,分析了山区地形对主梁上顺桥向和横桥向的风速、风攻角及桥位处的平均风剖面分布的影响,以及峡谷效应产生的风速放大系数.研究结果表明:桥位来流方向的高耸山体会影响该侧主梁上水平风速的分布,并在该侧产生向下的风攻角;峡谷内的风剖面下部会发生畸变;特定的来流方向会在跨中产生风速放大效应.      

水库蓄水对山区桥址风特性的影响

为研究山区水电大坝蓄水后对库区桥位风场特性的影响,以某复杂深切峡谷大跨度悬索桥为工程背景,通过Gambit和ICEM分别构建了原始地形以及大坝蓄水后的地形数值模型,并应用软件FLUENT对两个模型进行了数值模拟,多工况对比分析了大坝蓄水对桥址区风速沿竖向和主梁跨向分布以及对主梁平均风速、风攻角和风向角的影响.研究结果表明:无蓄水时该桥址区风速有较明显的加速效应,风速放大系数高达1.14,但蓄水后明显降低;大坝蓄水后,大多数工况下主梁平均风速均有不同程度的降低,主梁的正攻角效应明显减弱,主梁平均风向角整体变化规律一致,风剖面形状在低海拔范围内有较大变化,而随着海拔增加二者逐渐趋于相同.