翼板制动气动性能数值分析

在列车上布置若干翼板.采用K-ε湍流模型,通过求解三维黏性N-S方程,对不同行车速度下、翼板工作与否多种工况,进行流动结构分析和气动阻力计算.各翼板的阻力系数采用不同运行速度下阻力系数的平均值,对列车不同运行速度下翼板的制动减速度进行计算.随着列车运行速度的提高,翼板制动能力不断提高.列车运行速度为300、400 km/h时,翼板所提供的制动减速度分别为-0.139、-0.248 m/s2.翼板制动可以作为高速列车辅助制动的一种方式.     

时空有限元方法的高效计算

为提高时空有限元方法求解二维瞬态不可压缩的Navier-Stokes方程的计算效率并降低对计算机内存的需求,用行格式存储法存储大型稀疏矩阵,用Newton-Raphson迭代法求解非线性代数方程组,用无填充不完全分解预处理方法以及重启型GMRES方法求解子迭代步的线性方程组.为验证该方法的可行性,对Reynolds数为100的圆柱绕流问题进行数值模拟.采用行格式存储法的存储空间仅为等带宽存储法的3.68%.     

机车车辆虚拟样机开发调度平台设计

为了管理机车车辆虚拟样机开发中的团队成员、任务及各种数据等,设计并开发了机车车辆虚拟样机调度平台.系统中有系统和工程项目两级保护及基于角色的访问控制,以确保系统安全.根据产品数据管理原理实现数据管理,使数据存储结构合理,数据流向清晰准确.设计了消息引擎,以实现多任务间的协同.调度平台的开发实例验证了设计是可行的.     

驾驶人个人特征对行车速度的影响

为分析驾驶人个人特征与行车速度之间的关系,采用个人属性调查和实车试验相结合的方法,获得80份驾驶人行车速度记录数据。按照驾驶人行车超速时间与总行车时间的比例,将驾驶人超速选择行为区间划分为4个小区间。运用非集计理论,将驾驶人的性别、年龄、性格、教育程度、驾龄等个人特征作为影响因素,并将4个小区间作为4个选择肢,建立了驾驶人个人特征对行车速度的影响度量模型,并结合弹性理论分析了各个影响因素的敏感度。分析结果表明:驾驶人的性别、年龄、教育程度、矫正视力、职业驾驶人和发生交通事故6个影响因素对应的弹性值均小于1.000,说明上述因素对速度选择行为缺乏弹性;在4个小区间上,驾驶人的驾龄对应的弹性值分别为6.287、3.211、3.438和2.450,性格对应的弹性值分别为1.249、1.045、2.033和3.672,说明性格和驾龄2个影响因素对行车速度选择行为富有弹性,影响显著。     

高速列车运动稳定性设计方法研究

从车辆结构特征和系统参数对高速列车运动稳定性影响的关系出发,提出了合理的遏制车辆蛇行失稳控制策略,并利用灵敏度分析对控制策略进行了验证.针对系统参数的非线性影响、工程应用以及服役特性,探讨了临界失稳速度设计目标值的确定原则;从车体质量、二系悬挂刚度及阻尼、轴箱纵横向定位刚度等悬挂参数的工程应用角度,给出了参数的选择范围;从列车运动稳定性对参数灵敏度和参数对动力学性能的影响,提出了基于灵敏度的优化原则和性能均衡原则,并引入了运动稳定性的可靠度设计理念.      

空气弹簧频变特性研究

为了研究空气弹簧不同物理参数对空气弹簧动态特性的影响,基于TPL-ASN空气弹簧模型的仿真软件ASDS建立了与试验工况一致的1/4车模型.利用该模型仿真分析节流孔直径、连接管路直径和长度、附加空气室体积、本体体积对空气弹簧频变特性的影响规律,并与试验结果进行对比分析.研究结果表明: TPL-ASN模型较准确地模拟不同物理参数的空气弹簧在不同激振频率下的动态特性;节流孔和连接管路对空气弹簧动态特性的影响主要体现在中频段,在低频段和高频段对空气弹簧动态特性影响较小;附加空气室对空气弹簧动态特性的影响主要体现在中低频段,在高频段对空气弹簧动态特性影响较小;空气弹簧本体对空气弹簧动态特性的影响主要体现在中高频段,在低频段对空气弹簧动态特性影响较小.      

CAD/CAE集成的高速列车子系统仿真分析一体化平台

为了使现有的通用商业多体动力学与有限元软件能满足高速列车子系统仿真建模的需求,利用开源组件和动态封装技术实现了可扩展弹性仿真平台架构框架,并基于该框架以高速列车弓网系统为例开发了高速列车子系统仿真平台(TPL. PC). 该仿真平台的构建表明,所提出的框架能够提供几何建模、网格生成与编辑、数值代码求解和三维实时可视化高速列车仿真平台所需的常用功能,解决了子系统几何模型和仿真模型在这些环节中的互用性问题,使得各异构子系统之间在仿真计算迭代步的中间结果数据和最终仿真结果文件交换通畅.      

高速列车齿轮传动系统参数振动稳定性

为了准确表达参数激励下高速列车齿轮系统振动的稳定性,利用有限元方法得到高速列车齿轮系统时变啮合刚度,并用傅里叶级数展开进行拟合.考虑齿轮啮合误差,建立了高速列车齿轮传动系统扭转振动模型.结合多尺度近似解析方法,推导了参激振动下高速列车齿轮系统的近似解析解,得到了系统的稳定性边界曲线,并分析了影响齿轮传动系统稳定性的相关因素.研究结果表明:齿轮系统的不稳定性区域随着列车运行的速度降低总体呈减小趋势,但是在发生参数共振速度处存在明显不稳定区域;增大阻尼有利于系统的稳定性,当阻尼系数从0.01增加到0.05时,处于稳定区域的刚度波动幅值从5%增加至20%;增加齿轮的重合度可以减小啮合刚度的谐波特性,从而增强系统的稳定性.      

高速列车头型多目标气动优化设计

为提高明线运行的高速列车气动性能,以头车气动阻力和尾车气动升力为优化目标,对高速列车头型进行了多目标自动优化设计.以某新型高速列车为原型,建立了包含转向架区域的高速列车参数化模型,提取了7个设计变量,分别控制鼻尖高度、端盖开闭机构顶端高度、驾驶室车窗高度、水平最大外轮廓线横向宽度、头型中部辅助控制线凹凸度、转向架区域横向宽度和隔墙倾角,并基于计算流体动力学理论,建立了高速列车空气动力学模型.应用该模型计算作用在列车上的气动力,通过多目标遗传算法自动更新设计变量,实现了高速列车头型的自动优化设计.对优化目标与设计变量的相关性进行分析,结果表明:驾驶室车窗高度和转向架区域横向宽度对头车阻力影响最大,头型鼻尖高度和中部辅助控制线凹凸度对尾车升力影响最大;优化后得到6个Pareto最优头型,与优化前的头型相比,头车阻力最多减小3.15%,尾车升力最多减小17.05%.      

基于Kriging模型的改进协同优化算法

为了提高协同优化算法的求解效率,利用Kriging模型,构造系统级近似优化模型,提出了基于Kriging模型的改进协同优化算法.该算法采用置信域与均匀设计相结合的方法,完成近似模型的更新;采用序列二次规划算法,完成优化问题的求解.以经典函数和减速器设计为例,验证了改进协同优化算法.结果表明:该算法能提高计算效率,在减速器设计中,迭代次数减少50%左右.