高速动车组排障器结构轻量化研究

依据某高速动车组排障器的静强度计算结果,利用HyperWorks有限元仿真软件对其结构依次进行拓扑优化和尺寸优化.综合考虑制造工艺、外形美观和型材参数等因素,对优化结果进行修正得到最终方案.结果表明,在满足静强度相关要求的前提下,排障器结构整体减重14.45%,材料利用率显著提高,轻量化设计取得显著效果,为日后排障器结构设计提供参考.     

激波矢量控制喷管性能分析与结构优化设计

采用试验设计方法进行激波矢量控制喷管气动性能数值分析与优化设计,综合研究了二次流几何参数对二元收扩喷管气动性能的影响.基于超拉丁立方设计方法得到喷管二次流参数近似拟合模型和最优解区域,并利用多岛遗传算法寻找最优解.研究的设计参数包括二次流口距离、二次流口宽度及二次流长度.数值仿真结果表明,二次流口距离对矢量偏转角的影响最大,二次流口宽度次之,二次流长度对矢量偏转角的影响最小.     

空心件反挤压压力的计算

本文对空心件反挤的单位挤压力,采用滑移线法和上限法进行了计算。由于上限流动模型设计合理并进行优化,取得了上限解仅高于滑移线解2%较好结果。     

激波矢量控制喷管性能分析与结构优化设计

采用试验设计方法进行激波矢量控制喷管气动性能数值分析与优化设计,综合研究了二次流几何参数对二元收扩喷管气动性能的影响.基于超拉丁立方设计方法得到喷管二次流参数近似拟合模型和最优解区域,并利用多岛遗传算法寻找最优解.研究的设计参数包括二次流口距离、二次流口宽度及二次流长度.数值仿真结果表明,二次流口距离对矢量偏转角的影响最大,二次流口宽度次之,二次流长度对矢量偏转角的影响最小.     

全尺寸高速列车头型气动噪声分析方法

建立高速列车头型气动噪声分析方法有利于了解头型与空气相互作用产生的气动噪声特性及其对车内外的影响.为此,先后建立了两个头型的1∶8缩比三节编组气动噪声仿真模型,并开展气动噪声仿真计算,得到外场测点平均总声压级.通过与风洞试验结果相比较,两者量值相差小于3 d BA,且头型1均小于头型2,验证数值仿真结果.为了实现全尺寸高速列车头型气动噪声数值仿真,提出在三节编组的计算域中截取一部分—子域法.子域法和整车得到头型部位的气动特性一致性间接表明子域法的合理性.利用子域法开展了全尺寸头型1和头型2气动噪声仿真计算,得到头型表面声功率、表面和外场总声压级,可为头型选型和优化提供依据,从而建立了基于数值仿真的全尺寸高速列车头型气动噪声分析方法,解决了以往无法通过风洞试验和数值仿真进行全尺寸高速列车头型气动噪声分析.     

ZGMn13钻削刀具断屑排屑实验研究

针对ZGMn13刀具钻削过程中断屑、排屑困难的问题,从刀片材料、刀片结构、刀片与刀杆连接方式三个方面进行了改进.通过实验验证,改进后的刀具在加工中不仅断屑、排屑效果理想,而且较旧刀具使用寿命提高了34.7％,能降低生产成本,得到了良好的优化效果.     

3MW风力机叶片的气动特性

建立3MW风力发电机叶片的三维内、外流场模型,运用流体仿真软件Fluent仿真分析在随机风速下,叶片周围气动流场状态.对叶片进行优化设计,通过对比分析叶片截面和叶片表面的流体流态,发现在随机风速作用下优化后的叶片的失速程度有明显的降低,表明优化后的叶片气动性能显著提高.为分析叶片优化后风力机的功率特性,采用动力学分析软件Simpack建立风力发电机的整机模型,联合Turb Sim生成风文件对叶片加载,仿真分析得到风轮的功率,分析结果表明风力机功率达到设计要求.     

基于免疫优化的单目标多模态期望值规划

为了求解未知随机变量分布下单目标多模态期望值规划,通过引入检测候选解是否为局部最优解的随机函数,将该期望值规划问题转化为多目标期望值规划问题,并进一步探寻问题的转化关系,获得在一定条件下有效解是最优解的结论;根据样本平均近似化思想,将多目标规划转化为非恒定样本采样的近似化模型,并基于克隆选择和免疫记忆的机理,通过设计递归非支配分层、样本自适应采样和自适应繁殖与变异方案,引导进化种群往优质个体所在区域转移,提出了求解该近似化模型的免疫优化算法.仿真结果表明:与参与比较的多目标优化算法相比,该算法搜索多个最优解方面有明显优势,搜索效果稳定,噪声抑制能力强;求解低、高维标准测试问题获得最优解的数量分别平均提高了20%和70%.      

高速动车组气动外形多学科优化设计

基于流固耦合技术及阻力、升力、运行安全性与平稳性、气动噪声等多个性能指标驱动的多学科优化设计方法,兼顾各系统结构与功能,通过仿真分析和风洞试验等手段,系统研究了CRH3动车组气动外形与空气动力学、动力学、噪声等性能的耦合关系,对车辆间连接结构、转向架区域、车顶设备导流区域等部位进行了优化,提出了CRH380BL动车组的最佳气动外形方案,实现了预期设计目标.在线试验结果表明,CRH380BL动车组比CRH3动车组实测单位阻力降低7%,同时动车组运行稳定性提高、气动噪声有效降低,满足了持续运营速度350 km/h、最高运行速度380 km/h的技术要求.     

车辆动力性能评价仿真系统设计

运用LabVIEW图形化编程软件,通过结构化设计及模块化编程,设计出车辆动力性能评价仿真系统.该仿真系统考虑了多种参数对车辆动力性能的影响,并且能够处理Excel扭矩数据表格和生成Word报表文档,使用方便,仿真结果准确性较高.利用此仿真结果可进一步优化车辆的结构参数,从而提高车辆的动力性能.     

Experimental research and optimization on the environmental friendly R1234yf refrigerant in automobile air conditioning system

Currently, the refrigerant used in the automotive air conditioning system is R134a which has a high global warming potential (GWP) value, so people are eager to find a good replacement for it. According to recent studies, R1234yf is considered as one of the top candidates to replace R134a. In this article, the performances of R1234yf “drop-in” system and the optimization to the R1234yf system are experimentally studied and investigated. The expansion valve used for the R1234yf system is optimized by changing the charged fluid and adjusting the spring force. The results indicate that it can improve the performance of R1234yf system significantly through adjusting the thermostatic expansion valve. For the thermostatic expansion valves (TEVs) charged with R134a in thermal bulb, the system performance is optimal. Compared to the original expansion valve, for the R1234yf system applying the adjusted expansion valves, under different working conditions the cooling capacity increases by 11.3% averagely and the coefficient of performance (COP) increases by 8% averagely.     

基于交叉熵算法的电动车辆复合电源参数优化

为了提升电动汽车动力性能、降低车辆成本，以复合电源成本和车辆电耗最小为目标，通过交叉熵（cross- entropy，CE）算法对车载复合电源的参数优化进行了研究. 首先，以某款纯电动汽车为研究对象，根据能量与功率性能指标确定锂离子电池和超级电容的容量范围；其次，选取复合电源成本和车辆电耗建立多目标优化函数，并在ADVISOR环境中搭建车辆仿真模型；接着，采用CE算法，通过种群的不断迭代，更新高斯概率密度函数的均值和方差，找到复合电源参数的Pareto最优解集；最后，从最优Pareto解集中选取典型的匹配参数，分析复合电源成本、车辆电耗和整车性能. 研究结果表明:在满足基本约束的前提下，得到了由100个解组成的Pareto最优解集. 与第二代非劣排序遗传算法（non-dominated sorting genetic algorithm-Ⅱ，NSGA-Ⅱ）比较，CE算法有更好的收敛性与分布性；复合电源成本平均降低了9.49%，车辆电耗平均降低了22.81%； 此外，城市道路循环工况（urban dynamometer driving schedule，UDDS）下车速误差最大值降低16.15%，整车动力性也有显著提升，百公里加速时间缩短7.81%，最高车速提升1.98%.      

基于带宽最大化的城市干线子区划分技术研究

针对以直行车流为主要流向,实行两相位控制的城市干线,基于经典的MAXBAND 模型,建立了干线分子区协调控制模型.该模型自动将干线分为若干具有3–6个交叉口的控制子区,每个子区追求最大化绿波带宽,不同子区协调方向的直行车辆享有尽可能均等的绿波通行时间.采用遗传算法求解模型,求解结果显示,分段点一般为周期相对较大或间距较大的交叉口.通过与Synchro 优化方案相比,本文模型优化的方案可以使子区的平均带宽有效率提高27.8%.利用CORSIM对分别采用本文模型和Synchro 划分的 6 种配时方案进行仿真,结果表明,与后者优化的方案相比,本文模型优化的方案具有更优的干线平均延误、平均车速、停车率等性能指标.     

颗粒破碎条件下的胶结砂力学行为

为揭示胶结量对胶结砂的力学行为与颗粒破碎的影响,引入颗粒破碎的概念,采用颗粒流商业软件PFC对胶结砂力学行为进行了三维颗粒流数值模拟,对不同胶结量的试样进行了一系列的三轴压缩试验,并与实验结果进行对比.在此基础上,分析了数值模拟中胶结试样的微观力学响应.研究结果表明:颗粒流数值模拟能够有效地描述胶结砂的主要力学行为,相比无胶结的试件,胶结砂表现出更高的强度,应力-应变关系曲线呈应变软化型,体积应变为先剪缩后剪胀;胶结砂宏观力学响应(应力-应变关系和剪胀性)与其微观力学响应密切相关,在加载的初期,胶结点破坏率和破坏速率较低,在屈服点后迅速增长,峰值应力点后,胶结点破坏速率和胶结点破坏率趋于平缓;胶结量越小,胶结强度越低,胶结点破坏率和速率越高;胶结量越高,颗粒破碎的比例越高,体积膨胀量越大;胶结量分别为0和100%时,颗粒破碎的比例分别为1.13%和10.96%.胶结作用的存在促进了剪切带的孕育,与无胶结试样相比,胶结试样内部颗粒接触力链更粗、更集中.      

石屑代砂沥青混凝土路用性能实验研究

在基本保持沥青混凝土矿料中粗集料的含量及其级配不变的前提下,通过提高细集料中石屑所占比例,进行室内试验,研究石屑代砂后对沥青混凝土性能的影响,分析在沥青混凝土中利用石屑大比例替代河砂的可能性,取得了具有实用意义的结论。     

高低温下复合绝缘子的连接抗拉性能及优化

为了探究复合绝缘子的承载力受高低温以及芯棒与端部金具压接工艺的影响规律，得出最后优化的压接方式，对绝缘子芯棒和端部金具的高低温拉伸试验结果进行了有限元模拟分析. 在常温状态对金具与芯棒的受力进行了模拟，结果与实验数据吻合较好；设计出10种压接工况，评估最优的复合绝缘子端部金具的预紧应力工况；进一步对高低温下的绝缘子承载能力进行了仿真. 研究结果表明:当预紧应力沿金具径向均匀分布并预留金具长度的18%～25%无预紧力的工况下，复合绝缘子链接的承载能力最优，最优模型的弹性极限荷载较现有厂家工艺增大8.23%；本文模拟方法能较好地模拟高低温状态下的绝缘子力学性能，但压接优化对其承载能力提升不明显.      

泊位-岸桥联合分配模型的模拟植物生长交替进化算法

为了综合优化集装箱码头泊位和岸桥联合分配计划, 分析了二者的相互独立性和系统关联性; 利用相互独立性, 分别针对泊位和岸桥分配建立了以平均在港时间和作业成本最小为目标的2个优化子模型; 利用系统关联性, 构建了泊位-岸桥联合分配的约束条件, 将2个子模型紧密联系在一起, 建立了完整的泊位-岸桥联合分配模型; 分析了联合分配模型的特点, 设计了模拟植物生长交替进化算法求解模型, 利用基于模拟植物生长算法的交替进化算子对种群中每个个体的2个目标进行交替优化, 进而实现种群进化, 通过算法框架实现非支配解筛选, 经多次种群进化和非支配解筛选, 获得泊位-岸桥联合分配的Pareto满意解集; 针对大连港集装箱码头3d中共计31艘真实到港船舶的泊位-岸桥联合分配计划进行优化计算, 并与多目标遗传算法的计算结果进行对比。计算结果表明: 共获得13个满意解, 船舶平均在港时间为7.47~9.44h, 使用岸桥次数为85~96台, 作业总成本为20.868~21.114万元; 与多目标遗传算法相比, 进化算法的运算速度提高了6.07%, 所得非支配解的数量增加了4个, 增加幅度为30.76%, 且计算结果更趋近于Pareto前沿, 联合分配计划优化程度较高。可见, 采用模拟植物生长交替进化算法能够最大限度地保持种群进化过程中个体的独立性, 获得更多的非劣解, 且交替进化的方式能够使结果更逼近Pareto前沿。      

基于实数编码遗传算法的桥梁有限元模型修正方法

为克服传统桥梁有限元模型修正迭代优化过程中存在的局部收敛和提高模型修正精度, 提出了联合实数编码遗传算法与静动力实测数据的有限元模型修正方法; 引入四边形等参元理论和牛顿迭代法编制宏命令, 实现有限元模型中车辆荷载的快速自动加载; 基于结构有限元模型静动力特性构造目标函数, 以实数编码遗传算法为优化策略, 采用MATLAB平台建立了有限元模型修正框架; 通过对一个简支框架结构的数值模拟, 对比了所提出优化方法与其他方法的收敛效率和修正结果, 以验证所提出方法的有效性; 采用拉丁超立方体抽样分析了有限元模型参数变化对桥梁动力响应的影响, 以确定待修正参数, 并采用所提方法修正了一座改建的空心板桥梁的实体有限元模型。分析结果表明: 零阶算法和一阶算法对参数的敏感性和修正范围依赖大, 选用敏感性较小的参数或者参数修正范围大于50%将会导致错误的修正结果; 实数编码遗传算法对初始输入不敏感, 可避免局部收敛的情况; 采用灵敏度分析得到的主要待修正参数有空心板弹性模量、现浇层弹性模量以及支座横桥向和顺桥向的约束刚度; 修正后的空心板弹性模量增幅约为19.13%, 现浇层弹性模量增幅约为16.00%, 横向约束刚度增幅约为46.21%, 纵向约束刚度增幅约为72.72%, 修正后的有限元模型的静动力特性与实测响应吻合良好, 各测点静力响应误差均小于4%, 动力响应误差小于3%。      

水泥搅拌砂土强度特性及影响因素研究

兰州至中川机场铁路工程沿线大多地段为饱和黄土地基,设计采取水泥土搅拌桩复合地基加固;该线部分地段饱和黄土地基中含有呈透镜状分布的砂土.对水泥搅拌砂土在不同的水泥和粉煤灰(以下简称"二灰")掺合比、养护龄期、搅拌均匀程度下进行强度特性试验研究,分析了水泥搅拌砂土无侧限抗压强度的变化规律.试验表明:水泥搅拌砂土无侧限抗压强度随二灰掺量的增加而增加,二灰掺入量从7%增加到20%水泥搅拌砂土的无侧限抗压强度增长了160.1%;随养护龄期的增加而增大,7~28d增长较快,28d以后仍有较大程度的增长,龄期90d抗压强度与28d强度有较好的相关性,可以用28d强度预测90d强度,缩短试验周期;随着搅拌均匀程度的提高,水泥搅拌砂土的无侧限抗压强度显著增大,搅拌非常均匀的试件无侧限抗压强度比搅拌极不均匀的试件增长了238%~263%.     

全无缝桥梁用掺橡胶粉LEM-SHCC路桥连接板拉伸性能及其应用

为了解决全无缝桥梁路桥连接板裂缝宽度与板内力过大等问题,将橡胶粉等体积部分替代细砂掺入应变硬化水泥基复合(SHCC)材料可制备低弹性模量的SHCC材料(LEM-SHCC),用于全无缝桥梁路桥连接板;进行了5种不同体积橡胶粉掺量(0、5%、10%、15%和20%)LEM-SHCC基本材性(密度、抗压强度和弹性模量)及拉伸性能试验,分析了橡胶粉掺量对LEM-SHCC的强度和变形性能的影响,并采用拉、压应变比差评价了橡胶粉掺量对SHCC材料的影响,获得了LEM-SHCC的最优配合比;针对橡胶粉掺量为15%的LEM-SHCC路桥连接板,研究了最不利荷载作用下(温降荷载)其吸纳变形能力、拉伸变形性能及开裂后裂缝分布规律,并与同尺寸SHCC路桥连接板的各项性能进行了比对;进行了LEM-SHCC路桥连接板的敏感参数(橡胶粉掺量、板底摩擦因数和板长等主要影响因素)有限元对比分析。研究结果表明:橡胶粉的掺入降低了SHCC的弹性模量,提升了SHCC的延性,当橡胶粉掺量达15%时,SHCC的弹性模量降低了40%,而延性却提升了近50%,且裂缝宽度有效地控制在60 μm以内;LEM-SHCC路桥连接板吸纳纵向变形达到10 mm时,LEM-SHCC路桥连接板表面微裂缝多(近180条),裂缝间距小(15~80 mm),且开裂后裂缝宽度控制在60 μm以内,此时张拉端板应力为2.1 MPa,锚固端锚固力为150.5 kN,卸载后裂缝闭合,无纤维被拉出或拉断;吸纳同样的纵向变形10 mm时,LEM-SHCC板的内力比同尺寸的SHCC板小;LEM-SHCC板的内力受橡胶粉掺量的影响较大,当其掺量为15%时,LEM-SHCC板性能最优,LEM-SHCC板的内力受板底摩擦因数的影响不大,板长的增加能有效地改善LEM-SHCC板的受力性能,推荐LEM-SHCC路桥连接板的设计长度为8.5 m。