负重型外骨骼机器人液压阀块流道的流场分析及优化

为了研究负重型外骨骼液压动力单元温升及噪声过大的问题,利用ANSYS Fluent软件对负重型外骨骼液压阀块内部流道主要组成部分Z型流道和交叉流道进行计算流体动力学仿真,分别设计了5组不同尺寸的仿真试验,分析不同流道尺寸下流体速度稳定性与压力损失变化情况. 仿真试验表明,对于流道直径为5 mm的外骨骼动力单元液压阀块交叉流道压力损失随着进出口流道偏心距的增大而增大,流体速度在偏心距为 1.25 mm时稳定性最好;Z型流道压力损失在进出口流道之间的距离为 17 mm时达到最小,流体速度随着该距离的增大其稳定性上升. 优化过后的样机试验表明,液压阀块最大温度下降了3.3 ℃,最大噪声下降了7.6 dB.      

弹性支承块式无砟轨道冲击振动传递衰减特性试验

针对重载铁路弹性支承块式无砟轨道(LVT)在实际应用中出现的弹性部件变形过大、易损坏等问题, 优化设计了既有弹性支承块, 将支承块短侧边坡度由1∶17.00调整为1∶4.85, 取消了块下垫板, 并采用一体化弹性套靴; 为验证设计成果, 建立了传统型LVT和改进型LVT足尺模型, 采用质量为1 120 kg的重载货车轮对, 以20 mm的落高进行落轴冲击试验, 分别从时域和频域角度对比分析了冲击作用下竖向振动在钢轨、支承块、道床板、底座板及地面等结构部件沿线路纵、竖、横向的传递衰减特性。研究结果表明: 轮轨产生的高频振动能量沿钢轨纵向传递, 低频振动能量传递给下部其他轨道结构; 竖向冲击振动在纵、竖向传递的过程中不断衰减且衰减速率逐渐降低, 在支承块和道床板表面横向传递过程中, 向外侧边缘传递振动增大; 相比传统型LVT, 改进型LVT整体弹性系数减小21.1%, 而阻尼系数增大5.4%, 其振动周期、衰减时长、振动峰值分别比传统型LVT小37.0%、21.3%和3.4%, 各结构部位功率谱密度峰值比传统型LVT小30%以上; 改进型LVT轨道结构各部位Z振级比传统型LVT小, 在地面处减小了3.65 dB, 能更有效、迅速地衰减轮轨冲击力和轨道结构振动, 振动水平更低, 降低了冲击作用对环境的影响。研究结果对于开展LVT减振性能试验验证、优化与工程应用有参考价值。      

机场跑道全波段不平整测试方法

结合车载式激光断面仪与全球导航卫星移动定位系统，提出了一种机场跑道全波段不平整测试方法；在济南遥墙国际机场进行了现场测试，采用重复试验与水准仪对该测试方法进行了可靠性验证；利用ADAMS/Aircraft软件建立了B737-800虚拟样机模型，进行了实测跑道不平整数据下的飞机滑跑仿真，探究了不同检测方法、滑跑速度、飞机位置下实测道面数据特征对飞机振动响应的影响。研究结果表明:所提出的测试方法可获得道面全波段不平整数据，弥补了激光断面仪难以捕获14 m以上波长的缺陷；当速度为80 km·h-1时，全波段不平整道面下飞机振动响应波动幅值分别为长波不平整和短波不平整下的1.25~2.39倍和1.19~1.85倍，说明仅考虑道面长波或短波不平整将低估飞机在实际不平整条件下的振动响应；随着飞机滑跑速度的增大，全波段不平整与短波不平整条件下的飞机振动加速度差别逐渐增大，而动载系数差值则呈现先增大后减小的趋势，在速度为160 km·h-1时达到最大，说明飞机在高速滑行中道面长波不平整的影响更为明显；全波段不平整相比短波不平整条件下驾驶舱加速度增幅平均比重心处大0.062 m·s-2，前起落架动载系数增幅比主起落架平均大0.039，表明长波不平整对飞机前部振动的影响比重心处大，且随着滑行速度增大，这一差值先增大后减小，加速度的差值在80~120 km·h-1时最明显，峰值约为0.078 m·s-2，而动载系数的差值在160 km·h-1达到0.062的峰值。      

考虑行人同步率的随机行走人群模型

为了研究行走人群协同性对结构人致振动的影响，基于考虑行人同步率的随机行走人群模型，对人群行走下人行天桥的竖向振动问题就行了分析. 首先通过行走人群随机性分析，提出了考虑行人同步率的随机行走人群集中模型和离散模型；其次在两类模型下考虑人-结构竖向耦合作用，建立了随机行走人群作用下结构竖向振动响应分析方法；最后对比分析了人行天桥在不同随机行走人群模型下的竖向加速度响应和动力特性参数的变化规律. 研究结果表明:两类模型行人行走下，人行天桥的1 s均方根加速度响应随人群密度的提高先增大后减小；人群密度超过0.2人/m2后，随机行走人群离散模型下的人行天桥1 s均方根加速度大于集中模型，且增大集中模型同步区行人间距有利于减小结构振动响应；随着人群密度的增大，人行天桥瞬时频率不断减小，瞬时阻尼比则先增大后减小，集中模型和离散模型下人行天桥瞬时阻尼比分别最大提高到6倍和7倍；考虑行人同步率的随机行走人群模型能准确反映人行天桥实际所受到的人群行走荷载作用，可为人行天桥人致振动响应分析与评估提供参考.      

多车道高速公路出口开口段安全特性分析

为研究不同断面形式下的多车道高速公路出口影响区开口长度及流量与交通安全的关系，针对2种断面形式的高速公路出口，分别设计了3种不同的开口长度，结合3种不同流量条件设计了18个不同的驾驶模拟场景。实验招募30名被试者开展模拟驾驶实验，提取不同开口长度及流量条件下各断面形式高速公路出口的车辆行驶轨迹、换道间隙的选择、减速度、最小 TTC (Time to Collision)等驾驶行为特性参数，综合分析基于驾驶行为数据对不同开口长度的行车风险。结果表明：两种断面形式下，开口长度对于车辆在开口段上的换道点选择存在显著影响；两种断面形式下，1500 m的开口长度能够满足绝大多数驾驶人的换道需求；在换道间隙选择中，大都集中在5~6 s，分离式断面下的开口长度对于低于临界间隙的换道间隙出现的频次具有显著影响；流量及开口长度对于最大减速度及TTC最小值和分布位置均不存在显著性影响，但分离式断面下的最大减速度和最小TTC相较于整体式断面更小；此外，整体式断面中内侧3车道的行车风险低于分离式断面，分离式断面中外侧车道的行车风险低于整体式断面。     

燃料电池混合动力的功率跟随管理策略分析

为了提高燃料电池混合动力系统的经济性，基于燃料电池氢耗量和功率波动率，对功率跟随能量管理策略中参数和荷电状态（SOC）调节方式进行了分析，并定义了燃料电池的功率波动率；基于仿真软件ADVISOR中建立的燃料电池/超级电容混合动力系统模型，计算了不同的超级电容SOC限值和充电功率参数时的燃料氢耗量和波动率；设计了两种SOC调节方法，即Z曲线法和比例积分（PI）调节法，比较了不同SOC调节方法下的氢耗量和波动率. 研究结果表明:若SOC的下限增大，致使氢耗量和波动率增加，SOC下限为0.5时的氢耗量比0.25时增加7.10%，波动率增加3.85%；若SOC的上限增大，燃料电池波动率减小，0.95时的波动率比0.75时减小3.51%；充电功率参数在一定范围改变，能够减小燃料电池氢耗量和波动率；SOC调节方式中，当SOC初始值在 [0.28，0.52] 区间，PI调节法的波动率最优；当SOC初始值在 [0.75，0.90]，Z曲线法的波动率最优.      

斜拉桥钢桥面板顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群数字疲劳试验

为研究多场耦合作用下斜拉桥钢桥面板疲劳裂纹的扩展机理，建立了跨尺度斜拉桥全桥数字疲劳试验模型；通过模拟顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处多道焊缝的焊接全过程，将焊接残余应力引入数字疲劳试验模型中；基于扩展有限元法，在多场耦合作用下对顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处典型疲劳裂纹进行扩展机理的数字断裂参数分析与扩展行为的数字疲劳试验。研究结果表明:在顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处存在较大的残余拉应力，其最大值接近钢材的屈服强度，焊接残余应力对钢桥面板疲劳性能的影响不可忽略；后续焊缝会影响已有焊缝区域的应力场分布，在分析计算多道焊缝影响区域的焊接残余应力场时，需模拟多道焊缝的焊接全过程；在恒载应力场、活载应力场和焊接残余应力场的多场耦合作用下，按复合型裂纹扩展的工程准则，顶板-U肋-横隔板过焊孔细节群处4种典型疲劳裂纹的最大等效应力强度因子幅均大于疲劳裂纹扩展阈值，均将在疲劳循环荷载作用下发生疲劳扩展；在多场耦合作用下，过焊孔上方顶板-U肋连接焊缝的顶板侧焊趾处疲劳裂纹和U肋侧焊趾处疲劳裂纹均为以Ⅰ型裂纹为主导的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型复合裂纹，Ⅱ型和Ⅲ型裂纹的影响不容忽略；过焊孔上方顶板-U肋连接焊缝的顶板侧焊根处疲劳裂纹和横隔板过焊孔边缘处疲劳裂纹均为Ⅰ型裂纹；建立的多场耦合作用下多尺度数字疲劳试验可为运营阶段大跨度桥梁钢桥面板疲劳裂纹的扩展提供分析与模拟方法。      

考虑交叉口渠化区排队特征的元胞传输模型

为了更准确地描述城市道路交叉口交通流演化规律，以具有进口道展宽设计和合用车道功能设计的信号控制交叉口为研究对象，综合考虑排队消散过程、分流过程、可选择性换道和合用车道4个现实因素改进了元胞传输模型(CTM);结合交叉口的几何特征，以车道组为单位提出了路段元胞划分方法；在此基础上，调整了元胞发送能力函数对排队的消散过程，并进行了建模；在分流过程建模中引入阻塞因子来描述不同车道组空间排队的相互影响，以平衡相邻车道组空间排队为目标对过渡区可选择性换道行为进行了建模，并在合用车道建模中考虑了不同流向车流的冲突效应；结合实际交叉口，选取车道组周期最大排队长度作为评价指标，验证了改进CTM的有效性。试验结果表明：改进CTM可以同时估计不同车道组的排队长度，随着直行车流比例的增大，改进CTM的估计误差逐渐减小，不同流量场景下，路段最大排队长度的平均绝对误差(MAE)、均方根误差(RMSE)和加权平均绝对百分比误差(WMAPE)的平均值分别小于16.43、21.36 m和13.51%;与基准方法相比，不同场景下改进CTM对路段最大排队长度的MAE的减小幅度为15.31%～90.03%,且在高流量场景下...     

基于振动响应的高铁声屏障结构体系研究

为了研究不同开口形式的封闭式声屏障在高速列车所产生风压作用下的受力特征，以某高铁声屏障为研究对象，利用有限元软件Midas建立顶部不同开口间距的双侧封闭式声屏障及顶部不同覆盖长度的单侧封闭式声屏障整体模型；将速度为350 km/h的列车驶过时产生的脉动风压激励时程作用于声屏障结构整体模型，计算得到声屏障结构的静力响应和动力时程曲线；最后计算动力放大系数. 研究结果表明:双侧封闭式声屏障顶部增加开口间距和单侧封闭式声屏障顶部覆盖长度减小都有利于风压的释放，改善结构受力情况，随着开口间距增加或覆盖长度减小，有利作用愈加明显；对于双侧封闭式声屏障，开口2 m时立柱最大动应力是开口8 m时立柱最大应力的1.15倍，放大系数也增加0.12；对于单侧封闭式声屏障中，覆盖8 m时立柱的最大动应力是覆盖2 m时立柱的最大动应力的1.28倍，放大系数也增加0.37.      

加劲U型钢板桩失稳临界荷载动态配位系数法

针对U型钢板桩插打容易发生屈曲的问题，提出U型钢板桩局部加劲效应理论计算的“动态配位系数法”，建立了局部加劲U型钢板桩失稳临界荷载计算式，并分析了加劲面积、加劲位置、加劲板数量对加劲效应（即失稳临界荷载）的影响规律.研究结果表明：加劲总面积（即加劲板累计宽度）一定时，对于长度确定的U型钢板桩，存在使构件临界荷载值最大化的加劲板布置方案，并揭示了块数太多时由于单块加劲板宽度太小而引起的局部失稳规律；以10 m长U型钢板桩为例，构件临界荷载值随单块加劲板布置位置的变化可提高13.55%，并求得20 m长的U型钢板桩不同加劲总面积对应的加劲板布置优化理论方案，为实际工程中U型板桩局部加劲方案设计提供了理论依据和参考.     

长江小南海枢纽施工二期导流明渠通航条件研究

根据小南海枢纽河段河势及水流条件特点,通过水工模型试验和船模试验相结合的方法,分析了小南海枢纽施工二期导流明渠通航条件及存在问题,提出了明渠进口段炸除碍航礁石、出口段开挖新航槽的优化方案。研究表明:导流明渠原设计方案明渠进、出口段礁石碍航严重,通航水流条件差;优化方案通过整治措施显著改善了导流明渠的通航条件,保障了小南海枢纽施工二期长江上游航运的安全畅通。     

列车气密性静态泄漏理论模型与计算

基于一维等熵流动理论推导了列车气密性静态泄漏状态方程, 考虑泄漏孔流量系数, 得到了压降泄漏时间和总泄漏时间计算公式; 数值模拟了列车气密性静态泄漏的动态过程, 并研究了长细比分别为1∶1、1∶4、1∶8和1∶16, 车内初始气压分别为6、5、4和3 kPa时, 泄漏孔长细比和车内初始气压对列车气密性的影响。分析结果表明: 在车内空气压力从3.0 kPa下降到0.8 kPa的过程中, 数值仿真和理论公式计算得到的压降时间分别为20.25、20.23 s, 与试验结果的相对误差分别为1.41%和1.51%;当泄漏孔长细比为1∶8和1∶16时, 列车车厢内空气压力下降时程曲线基本一致, 泄漏孔气流流量保持不变; 泄漏过程中泄漏孔的气流速度呈现中间大周围小的分布特征, 这是由泄漏孔壁面的黏滞作用引起的; 根据出口截面的中心速度和质量流率得到泄漏孔流量系数为0.71, 车内初始气压对相同指定压力下降时间的影响不足1%;若压降范围一致, 随着初始气压的增大, 压降时间减小, 压力从4 kPa下降到1 kPa的时间为24.18 s, 从5 kPa下降到2 kPa的时间为19.80 s; 数值仿真得到的压降泄漏时间与理论计算结果的最大相对误差为1.22%, 表明理论模型与数值仿真计算方法可以用于计算列车泄漏面积或气密性。      

横通道对双洞互补式公路隧道通风效果的影响

以采用双洞互补式通风方式的某公路隧道为对象,运用ANSYS软件,对不同数量、不同位置的横通道设置条件下隧道内速度场进行三维数值模拟,对比分析了横通道对公路隧道双洞互补式通风效果的影响.研究结果表明,对于长度为1000m的隧道,3条横通道比2条横通道的通风效果好,横通道间距100m比间距50 m的通风效果好,研究结论为可为类似隧道的运营通风方案确定提供参考.     

阻塞流状态下城市快速路交通流时空特性

根据时间序列中的自相关函数法,判断交通流量、时间占有率与平均速度的时间序列的平稳性。根据混沌分析中的G-P算法,将非平稳的交通流参数时间序列转化为平稳的交通流参数时间序列。引入了互相关系数的概念,在阻塞流状态下,计算了上游断面对观测断面以及观测断面对下游断面的互相关系数,并应用K-S检验判断阻塞流状态下城市快速路进出口匝道的车辆到达特性。研究结果表明:交通流量和时间占有率属于非平稳时间序列,平均速度属于平稳时间序列;当时间延迟分别取2、3、5min时,在阻塞流状态下,重构的交通流量相空间嵌入维数为4;观测断面的交通流参数不仅受相邻上游断面交通流参数传递的影响,而且也受相邻下游断面交通流参数回溯的影响;在阻塞流状态下,城市快速路进出口匝道车辆到达特性符合负二项分布。     

渠江金盘子船闸输水系统水力学原型观测研究

为了研究高水头船闸原型与模型试验的差异,更好的积累高水头船闸原型运行经验,对渠江金盘子船闸输水系统进行了水力学原型观测.结果表明:该船闸进出口、闸室内流态较好;闸室内船舶系缆力满足规范要求;闸室充、泄水的流量系数较模型增大12％～ 16％,与国内、外船闸输水系统研究基本一致;由于泄水阀门开启速度远大于设计和模型试验研究...     

高水头船闸阀门开启过程水力特性仿真研究

采用动网格技术和VOF方法对高水头船闸阀门开启过程进行非恒定流三维紊流数值模拟,研究阀门段水流急变分离的流态、流速、压力等水力特性参数的时空演化规律,以及出现空蚀与流激振动的危险区域和时刻。研究表明,阀门工作最不利开度是0.4,阀门后狭缝、阀门下底缘及跌坎角处是流噪声源,也是空蚀风险区;开度0.5时突扩体顶板上游侧区域有负压,有空蚀风险;空蚀最危险区域在突扩体升坎反弧末端,最不利工况下,开度0.8时负压高达120.75 kPa。建议进一步对突扩体型进行优化,运行中采用阀门快开方式减小负压持续时间,采取工程措施加强空蚀区的防护。     

An experimental study on flowrate and stability for 600MW supercritical steamturbine control valve

An experimental study on flowrate and stability of a type of control valve of 600MW supercritical steamturbine was presented by measuring instruments of static, dynamic pressure and vibration in self-designed test rig. The investigation shows that flow coefficient is 30% up more than that of the control valve of GX-1 type used widely in domestic power plants now, as small-medium lifts. If the relative lift （h/D） is less than 20%, the valve can always work steadily in all the pressure ratios. When the h/D is between 20% to 24%, big vibration of valve stem occurs if the pressure ratio is between 0.7 to 0.8. When h/D is more than 25%, relatively great vibration happens in a wide range of pressure ratios of 0.4 to 0.85.     

饱和软黏土路基中布袋注浆桩的挤土效应

为研究饱和软黏土路基条件下布袋注浆桩的挤土效应,以布袋注浆桩加固某饱和软黏土路基工程为例,通过现场试验对桩体成型过程中的桩周土体位移和超静孔隙水压力进行了分析. 运用测斜管监测了成桩时桩周土体的水平位移,得到了土体位移的分布特征和土体位移随注浆压力与时间的变化规律;运用孔压计监测了成桩时桩周土体中超静孔隙水压力,得到了超静孔隙水压力的分布规律与变化趋势. 试验结果表明:成桩后,桩周土体水平位移呈现“马鞍形”分布,在距离地表0.1～0.3倍和0.8～1.0倍的桩长位置处出现最大位移;桩体成型挤土产生水平位移的范围约为桩径的6倍;桩体养护成型后,标准施工下的注浆压力对挤土效应的影响甚微,同时桩周土体水平位移会出现明显回弹,回弹位移值为注浆当天的40%～60%;超静孔隙水压力在前10 d消散较快,超静孔隙水压比随土体与桩体间距离的增加而呈现近似于线性规律的衰减,其影响范围约为10倍桩径.