电动汽车用新型交替极永磁游标电机研究

设计了一种应用于电动汽车直驱系统的双边Halbach交替极永磁游标电机,以提高电机输出性能为目标,利用二维有限元法对电机内、外定子调制齿尺寸,转子内、外侧永磁体阵列错位角度及磁极尺寸等关键技术参数进行优化,分析了电机的电磁性能,并将其与传统永磁游标电机进行了比较.结果表明:双边Halbach永磁体阵列错位一定角度后,能...     

永磁电涡流阻尼新技术及其在土木工程中的应用

针对永磁电涡流阻尼减振的理论与技术进展进行了综述，主要包括：永磁电涡流调谐质量减振器、大吨位的滚珠丝杠式轴向电涡流阻尼器等新型减振装置；板式电涡流阻尼及滚珠丝杠式电涡流阻尼器的性能仿真与设计方法；桥梁涡激共振、斜拉索振动控制的电涡流阻尼三元减振理论；以及基于电涡流阻尼力非线性特性的减震性能研究。介绍了湖南大学新建的大型阻尼器特性综合试验平台及主要功能，以及永磁电涡流阻尼技术的典型工程应用。最后指出了值得进一步研究的若干问题。     

基于ANSYS的桥梁全模态颤振频域分析方法

提出了一种在ANSYS中直接分析大跨桥梁三维全模态颤振的有限元模型和频域方法。该有限元模型采用ANSYS的自定义单元Matrix27来模拟桥面受到的自激气动力，而将单元Matrix27的刚度或阻尼矩阵描述成风速和振动频率的函数。通过阻尼特征值分析，确定风一桥耦合系统的各复特征值，其中复特征值的实部为阻尼而其虚部则为振动频率；并给出了求解系统各阶复模态特性随风速变化的迭代算法。最后以一简支梁桥和一悬索桥算例验证了颤振分析模型和方法的正确性和可靠性。该方法能使桥梁设计人员和研究人员可以直接利用ANSYS来分析大跨桥梁的耦合颤振。     

表贴式永磁电机磁场的解析计算与分析

利用傅里叶级数法建立表贴式永磁电机电磁场全局解析模型,并分析其空载和负载电磁特性。在二维极坐标系下,将电机求解域划分为永磁体、气隙、定子槽、定子槽开口和辅助槽5类子域。采用分离变量法求解各子域的拉普拉斯方程或泊松方程,并利用边界条件得到通解中的谐波系数,进而得到各子域的解析表达式。计算了电机气隙磁密、空载反电动势、齿槽转矩和电磁转矩等电磁参数,并通过有限元分析验证了解析法的准确性。在此基础上研究了极弧系数、辅助槽尺寸和槽开口宽度对电机齿槽转矩和电磁转矩的影响规律。另外,提出一种不等槽开口宽度配合的解析模型以图减小齿槽转矩峰值和电磁转矩脉动。该方法能反映电机设计性能与尺寸和参数的关系,可用于电机初始设计与优化。     

电动汽车用内置式永磁同步电机气隙磁场解析建模与多目标优化

为提高电动汽车用内置式永磁同步电机气隙磁场解析计算精度和优化效率，利用混合解析法建立考虑转子铁心磁桥饱和效应的电机气隙磁场参数化解析模型。首先利用联合等效磁路法的子域法建立内置式永磁同步电机开路气隙磁场解析模型；然后利用同样方法建立转子磁桥虚拟磁场解析模型，从而得到考虑转子磁桥饱和效应的电枢反应磁场解析模型；最后通过叠加原理建立内置式永磁同步电机合成气隙磁场解析模型。通过有限元仿真和转矩测试验证内置式永磁同步电机气隙磁场解析模型的准确性。基于所建立的解析模型，以永磁体极弧宽度、定子槽口宽度和转子端部磁桥厚度为优化变量，以特定阶次频率的径向力波、转矩和效率为优化目标，利用带精英策略的非支配排序遗传算法，对一台电动汽车用内置式永磁同步电机样机进行多变量多目标优化。研究结果表明：与试验结果相比，解析计算误差小于5%,而计算时间较有限元仿真缩短90%以上；优化后，电机特定阶次频率的径向力波减小了9.2%,最大转矩提升了2.49%,最大效率提升了0.69%,高效区面积扩大了约54.46%;所提方法既解决了内置式永磁同步电机强非线性和高饱和的解析建模共性难点，又极大提高了电机多目标优化效率；研究可...     

轿车车身刚度优化方法研究

本文建立了国产某轿车刚度分析的有限元模型，计算并验证了其主要工况下的静态弯曲特性和扭转特性；而且进行了轿车车身扭转挠度关于各零件板单元厚度的灵敏度计算分析，为轿车车身刚度优化设计提供了依据。     

结构-电磁激励下某电驱总成噪声控制

针对某电动汽车电驱总成的噪声问题，依据电驱总成车内噪声产生机理，进行整车状态声振特性测试，运用不同工况组合下的频谱特征和阶次特征等分析方法，识别出该电驱总成噪声问题为结构共振和电磁激励所致。针对结构共振问题，考虑电驱总成结构耦合特性、电机材料复杂多样性和线圈绕组质量，建立电驱总成有限元分析模型，求解出电驱总成的模态和振动响应，并通过敲击法模态试验得到模态参数进而对有限元模型进行验证，在此基础上以模态应变能为依据对电驱总成结构的局部刚度进行优化，提升结构共振频率，降低共振风险。针对电磁激励问题，以电驱总成中的永磁同步电机为研究对象，建立电磁仿真分析模型，以影响磁通密度的转子槽口的槽形、槽宽、槽深和槽间角度4个因素建立正交试验设计表，通过极差值得到各因素对齿槽转矩和输出转矩的影响水平，最后以降低齿槽转矩、加工工艺简单和对输出转矩影响小为目标，运用16组具有代表性的电磁方案，完成256个参数组合的寻优，并对优化方案进行了数值仿真计算。研究结果表明：优化方案的改善效果较显著；研究可为电动汽车车内噪声改善提供试验技术支持，并为电驱总成的结构共振噪声和电磁噪声控制提供方法参考。     

基于直驱阀的快速响应线控制动系统液压力精确控制

为突破响应时间与控制精度的性能瓶颈，提出一种基于直驱阀的快速响应线控制动系统，通过基于Halbach永磁阵列的电磁直线执行器直接驱动阀芯，实现制动轮缸液压力的迅速调节。建立线控制动系统电磁、机械和液压子系统模型，设计基于逻辑门限的线控制动系统液压力-直驱阀位置切换控制架构。压力环采用滑模变结构控制，使轮缸液压力迅速逼近目标液压力值；设计结合摩擦补偿自适应控制律、稳定反馈和鲁棒控制的自适应鲁棒控制方法的直驱阀位置环，使直驱阀芯能够迅速通过阀死区；基于李雅普诺夫函数方法证明算法的稳定性。以线控制动系统的响应时间、控制精度等性能参数作为目标函数，通过相关矩阵分析控制参数对性能的影响规律，并通过多目标粒子群算法优化控制器参数。研究结果表明：提出的切换控制方法与PID控制和滑模控制相比，目标压力10 MPa的阶跃响应时间为0.05 s，稳态误差不超过2％；ARTEMIS欧洲循环工况下的均方根误差为0.33 MPa；设计的直驱阀结构与控制方法有利于提高制动系统的响应速度和控制精度。     

电涡流法测量活塞环组最小润滑油膜厚度

本文介绍了首次采用电涡流传感器测量倒拖工况下活塞环组最小润滑油股厚度，证明活塞环的润滑确实存在着流体动压和挤压两种作用方式以及环组润滑处于贫油状态；测量结果还说明，使活塞环开口间隙闭合的最小润滑油膜厚度是其极限值。     

桥面不平顺对下承式系杆拱桥振动影响的试验和模拟研究

为了获得下承式系杆拱桥的汽车荷载冲击系数，在桥面间隔布置橡胶减速条带以形成周期性的不平顺输入，对下承式钢管混凝土系杆拱桥的动挠度进行现场实测。结合自编的车桥耦合（VBI）单元，建立车-桥耦合振动三维有限元分析模型，通过与实测结果对比验证VBI单元的正确性。在此基础上，引入另外3座标准拱桥以形成涵盖4种跨径的下承式系杆拱桥研究对象，输入规范规定的A~D级不平顺，研究车速、车重和桥梁基频对系梁冲击系数的影响。研究结果表明：汽车通过周期间隔布置的减速带时会形成稳态激振，当激振频率接近桥梁的前2阶基频时，引起的系梁动挠度响应最大；系梁的汽车荷载冲击系数随着桥梁基频的增加呈现出先增大后减小的趋势，当小汽车（总重低）行驶于差桥面（D级不平顺）时，规范值明显低估了系梁的冲击系数。     

中国公路车-桥耦合振动车辆模型研究（双语出版）

为了提出适用于中国车-桥耦合振动分析的车辆动力分析模型,首先基于中国桥梁规范中的设计车辆荷载,结合大量调查统计数据和等效静力分析方法,初步拟定车辆动力分析模型的几何尺寸、质量、刚度、阻尼等参数取值,并与国内外广泛采用的几种车辆模型的参数取值进行对比。接着选取4座钢筋混凝土简支梁桥并建立其三维有限元模型,基于车-桥耦合振动数值模拟分析车辆模型的刚度、阻尼等参数对桥梁上动力冲击系数的影响,并对比几个不同车辆模型对动力冲击系数的影响。最后,选择中国湖南省境内一座实桥和几辆不同轴数的重车开展实桥试验,将实测动力冲击系数与所提车辆模型数值模拟获得的冲击系数进行对比。结果表明：动力冲击系数随车辆总质量的增大而减小,随车辆整体刚度的增大而增大,但随车辆整体阻尼的增大呈先减小后增大的趋势;单个车轴的刚度和阻尼对动力冲击系数的影响不明显;车辆总质量是导致不同车辆模型作用下动力冲击系数差异的主要因素;数值模拟结果与实测结果吻合良好,验证了所提车辆模型及参数取值的合理性;该车辆模型可用于中国的设计车辆荷载作用下桥梁的动力响应分析和相关研究,也可用于估算重量相当的不同类型车辆对桥梁的动力冲击效应。     

考虑水平摩阻的Pasternak路基基层及路面变形分析

为了分析实际工程中路面结构在各类情况下的变形特性，采用Timoshenko梁模型模拟路面及基层特性，Pasternak地基模型模拟路基特性，考虑路面基层间的水平摩阻、路面和基层梁单元的形心轴向位移、基层材料与路基土的非线性应力-应变关系，根据弹性体的虚功原理列出虚功方程，离散后得到单元切向刚度矩阵，运用有限元方法进行组装并采用迭代法进行求解，得到路面结构在不同参数作用下的变形结果。分析基层厚度，模拟水平制动荷载、水平摩阻系数及其他参数对路面结构变形的影响。计算结果表明：如果不考虑基层作用和水平摩阻，采用线性Winkler地基模型计算所得结果与已有文献的计算结果非常接近，验证了该模型与计算方法的正确性；加厚基层厚度能抑制路面沉降及弯曲变形，路面与基层间的摩阻能减小路面沉降，两者都会增大形心轴向位移，水平摩阻的影响不能忽略；模拟水平制动荷载会引起路面微小的转动并从而引起路面结构的变形；增大地基极限承载力能减小路面沉降，一定程度上能抑制路面的弯曲及轴向变形，但效果不显著；增大基层中的剪切作用能有效减小路面沉降及弯曲变形，基层中最终剪应力的大小对路面形心轴向位移的影响尤为明显。     

岩溶随机分布对围岩等效抗压强度的影响规律研究

岩溶发育程度不同，形态各异，其大致可分为4个等级；运用有限元软件ANSYS的参数化设计语言APDL，生成溶洞大小不一、空间位置随机的三维计算模型。对具有不同岩溶发育程度的不同等级围岩进行数值模拟，分析了18种工况下岩溶对围岩力学性质的影响。计算结果表明:岩溶对围岩等效抗压强度有明显的降低作用，并在此基础上提出了等效抗压强度折减系数的计算公式。     

黄土结构及物性指标对自重湿陷影响分析与预测

以自重湿陷性黄土场地室内外试验数据为基础，研究了黄土的微结构、地层结构、压缩模量与自重湿陷性的关系。结果表明:自西向东，由单粒、架空孔隙和点接触的微结构，逐步向由凝块状或集粒、粒间孔隙、面接触的微结构过渡；黄土地层基本呈水平层状结构，但分层数及厚度、湿陷性差异明显；压缩模量与自重湿陷量的变化规律相反。对黄土自重湿陷系数影响最大的是孔隙比，其次是干密度、含水率；所建立的自重湿陷系数与4个物性指标间的关系式，可预测分析黄土的自重湿陷系数；提出的预测和评价黄土自重湿陷量的公式是可行性。     

山区公路高陡边坡引导式柔性缓冲系统的设计方法

为了进一步推广引导式柔性缓冲系统的工程应用，验证其防护性能和可靠性，依托渝黔线高速公路区间内某山区桥梁的高陡边坡落石防护工程，开展了工程设计计算，并对引导式柔性缓冲系统的防护性能进行分析。首先利用无人机航测建立防护区域的三维模型，明确了桥梁结构与边坡的空间位置关系和防护需求；基于危岩体实际特征对5个边坡纵断面开展了落石运动轨迹分析，根据弹跳高度和冲击动能包络值确定防护高度和防护能级指标；初步设计了引导式柔性缓冲系统的部件规格参数，建立了系统的有限元模型，并通过与关键部件试验数据对比验证了数值模型的有效性；基于离散元-有限元耦合算法，分别验算了相同初始动能的单体落石和多体落石2种工况下引导式柔性缓冲系统的内力，对比分析了有无防护时落石灾害对桥梁结构的侵害情况，从而验证了防护效果。计算结果表明：满足设计要求的引导式柔性缓冲系统能够有效抑制落石弹跳高度，从而避免落石侵限和撞击桥梁结构；引导式柔性缓冲系统关键部件内力响应均未超过设计限值，但不同工况下相同部件的内力峰值差异较大，因此，应采用各工况内力包络值进行设计，且关键构件的承载力安全储备系数不应小于1.2；防护全过程的耗能机制主要由系统塑性变形、系统阻尼以及落石与边坡和系统的摩擦碰撞3部分构成，其中塑性变形和摩擦碰撞耗能占主导地位，可分别按40%和60%的比例进行设计；拦截区段和引导区段的设计耗能比例系数可分别按0.7和0.3考虑，各区段中的主要耗能部件均为耗能器和环形网片。在此基础上，提出了基于能量匹配原理的引导式柔性缓冲系统的工程设计方法及流程，并建议了针对不同性能目标的多水准设计策略，以期发挥系统更大的防护潜能。     

桥梁检测轻质长臂机器人设计与试验研究

针对高墩、高厚度桥梁主梁底部表面快速、高效的检测需求，提出一种搭载在轻型移动平台上的电驱动轻质长臂机器人。通过合理的机构构型设计、结构优化设计实现了长臂机器人本体的轻量化，该机器人搭载在轻型移动平台上，可沿人行道行走，并能在桥检现场快速布置开展检测作业。实际运营公路桥梁的拍照检测试验表明：1)机器人在桥面上稳定停靠后，可通过运动规划展开到位；2)利用其末端配备的视觉检测云台，实现对主梁底部的拍照详检；3)初步验证了长臂机器人作业能力和检测功能，为未来实现大型桥梁主梁的自动化检测作业奠定基础。     

车辆荷载作用下桩承式加筋路基的动力特性分析

以车辆荷载作用下桩承式加筋路基为研究对象，引入黏弹性人工边界，建立了三维车辆-路基整体有限元分析模型，分析了车辆动荷载作用下桩承式加筋路基的动力响应特性。结果表明:加筋体的存在可有效减小车辆荷载作用下路基的动力响应，随加筋体层数及其弹性模量的增加，路基的动力响应减小更为显著；随着车辆荷载频率的增加，路基路面沉降及内部应力增大；路基竖向位移随桩间距的增加而增加，桩的模量对路基的动力响应也有一定的影响。     

基于应用环境的路用压电俘能单元尺寸优化与性能评价

为提高路用压电发电装置内部堆叠式压电俘能单元在电-力-环境方面的综合性能，基于电学理论优选了压电俘能单元结构尺寸范围，基于应用工况的力学响应优选了力学特性良好的压电俘能单元结构尺寸，系统研究了不同道路交通条件下不同结构尺寸路用压电俘能单元电学性能，揭示了不同道路温湿环境下压电俘能单元电学性能变化规律，探明了不利循环交通荷载条件下路用压电俘能单元抗疲劳性能，并明确了路用压电俘能单元极限抗压强度。结果表明：堆叠式压电俘能单元电学性能及力学特性受其结构尺寸影响明显，兼具较高电学与较优力学特性的压电俘能单元尺寸范围为直径15 mm、厚度30 mm、堆叠层数25~30层(Φ15-30 mm-25~30)，其中Φ15-30 mm~25压电俘能单元在不同道路交通条件下电学输出水平更高，3.5 kN~8 Hz工况下其输出电压和输出功率可达176 V、192.2 mW；20℃~60℃温度范围内其输出电压变化率为17.9%，而50%~100%湿度范围内其输出电压变化率达84.1%，实际应用中可适当采取一定的封装隔温保护及必要的封装隔湿保护；压电俘能单元抗疲劳性能良好，3.5 kN~8 Hz不利交通组合、10万次循环加载后其输出电压最大变化率仅为1.2%，最大变形量仅为1.8 mm；压电俘能单元极限抗压强度达188 MPa，远高于道路荷载水平，能够满足道路应用要求。研究结果可进一步提高路用堆叠式压电俘能单元综合性能，推动道路压电发电技术实际应用进程。     

城市快速路沥青路面结构改造方案优选研究

以某城市快速路路面改造工程为研究背景，运用ABAQUS有限元软件建立路面结构三维模型，针对原路面结构和4种路面改造结构进行了力学性能对比分析，并在此基础上对路面结构改造方案进行优选。研究结果表明:①不同沥青路面结构的各项力学指标均随着轴载的移动呈先增大后减小变化，当轴载移动至路面中心时，各项力学指标均达到最大值；②RCC混合式基层结构的力学性能较于沥青稳定碎石组合式基层结构、半刚性基层结构更优，建议沥青路面结构改造方案选用RCC混合式基层结构；③适当增加基层厚度和基层模量能有效提高沥青路面结构的承载能力和使用寿命。     

异形岔道梁桥有限元分析与抗倾覆研究

为保证带外伸横梁的异形岔道梁桥抗倾覆稳定性，结合某工程实例综合采用了设置外伸横梁等4项构造措施。采用Midas Civil 2021建立了全桥梁格模型与全桥板单元模型并进行分析对比，分析了桥跨结构的倾覆破坏机理，提出了实用抗倾覆计算方法。研究表明：梁格法对此类桥梁的计算精度可以满足工程应用的要求；外伸横梁与B岔道根部弯曲破坏失效是桥梁倾覆的最终阶段和前提条件；外伸横梁越短，提供的抗倾覆力矩越大。本次设计采用的4项构造措施均可有效提高结构抗倾覆稳定性，安全系数为10.1，大于2.5，满足规范要求，可为同类桥梁抗倾覆优化设计（如减小外伸横梁根数、调整外伸横梁结构尺寸等）提供依据和参考。