地铁列车与高速铁路列车交会压力波的仿真研究

列车在高速会车时产生的空气压力波会给交会车辆的侧窗造成很大的冲击,有可能出现破窗事故,给乘客和列车运行带来安全隐患。基于三维、非定常两方程湍流模型,利用计算流体软件Fluent,对某型地铁车辆与不同型号的铁路高速列车(CRH380A、CRH2、CRH3型)交会时的空气动力学性能进行了数值仿真,得到侧窗上的会车压力波变化曲线。仿真计算结果表明:在地铁列车与铁路高速列车的交会过程中,地铁列车所受到的侧力远大于高速铁路列车所受到的侧力,交会产生的瞬变压力波对地铁列车侧窗的影响也更大。当地铁列车与CRH380A型高速列车交会时,与其和其它两种型号的列车交会相比,地铁列车侧窗所受到的压力波幅值最小,而当地铁列车与CRH2型铁路列车或CRH3型铁路列车交会时,地铁列车侧窗所受到的压力波幅值均较大,其波动的峰峰值也更大。     

高速列车车身表面气动噪声源研究

介绍了计算气动噪声源的宽频带噪声源模型,建立了高速列车三维绕流流动的物理数学模型,数值模拟了在不同运行速度下高速列车在平地、路堤和高架桥上的外部流场,进而利用宽频带噪声源模型对车身表面气动噪声源进行了计算。计算结果表明,3种运行工况下车身表面噪声源的分布规律很相似,而且随着列车运行速度的提高,列车车身声功率及表面声功率都显著增加,因此,降低气动噪声对发展高速列车至关重要。     

计算区域尺寸对列车绕流数值模拟的影响

对于列车绕流数值模拟而言,其计算区域越大,边界条件对计算结果的影响越小,但过大的计算区域会导致计算工作量和计算时间的增加,因此,计算区域尺寸的选取是列车绕流数值模拟的关键之一。通过建立12种不同尺寸的计算区域模型,结合数值模拟方法,研究其对列车压力分布特征及气动性能的影响。研究结果表明:数值计算仿真得到的气动力系数与风洞试验得到的气动力系数的误差4%;当计算区域上游高度≥8倍特征高度时,头车鼻尖驻点压力系数基本稳定在1.0左右。通过对比不同大小计算区域的计算结果可知,流线型高速列车绕流数值仿真的推荐采用最小计算区域尺寸为:高度方向为12倍特征高度,宽度方向为24倍特征高度,长度方向上游为12倍特征高度,下游方向为24倍特征高度。     

横风下高速列车动力学参数的多目标优化

为改善高速列车横风下运行的动力学性能, 提高运行平稳性和安全性, 以轮轴横向力和轮重减载率为优化目标, 对高速列车动力学模型的悬挂参数进行多目标优化设计; 建立高速列车多体动力学参数化模型, 依照大风限速标准, 加载列车在横风下以不同速度运行的气动力数据, 选取了止挡间隙、一系悬挂纵向和垂向刚度、二系悬挂纵向和垂向刚度、一系垂向减振器刚度、二系横向和垂向减振器刚度、抗蛇形减振器刚度及阻尼11个变量; 搭建高速列车动力学模型优化平台, 对高速列车多体动力学参数化模型的设计参数与轮轴横向力和轮重减载率的相关性进行分析, 得到列车各悬挂参数对轮轴横向力和轮重减载率的影响趋势; 基于相关性结果, 采用NCGA、AMGA和NSGA-Ⅱ遗传算法对高速列车的动力学参数进行优化设计。分析结果表明: 采用NSGA-Ⅱ算法的优化结果最为理想; 与轮轴横向力和轮重减载率相关性最大的参数为抗蛇形减振器刚度, 为反效应; 优化后列车的动力学性能得到明显的改善, 轮重减载率从原始的0.78整体优化到0.63以下, 且最小可以优化到0.49, 最高可降低37.2%;轮轴横向力从原始的16.8 kN整体优化到9.6 kN以下, 且最小可以优化到5.79 kN, 最高可降低65.5%;得到了优化目标的Pareto前沿最优解, 确定了列车各动力学参数设计变量的最优解集, 并对最优解集在其他列车速度和风速组合下的运行工况进行验证, 适用性较好。      

能量回馈式主动悬挂的鲁棒控制器设计

为了改善具有参数不确定的能量回馈式主动悬挂系统的稳定性、减振性能以及能量回馈性能,对含摄动的系统模型进行了鲁棒控制器设计,并给出了系统的能量平衡条件.在MATLAB/SIMULINK下,对控制系统进行了仿真.结果表明,鲁棒控制器使得能量回馈式主动悬挂系统稳定;相比传统最优控制器,减振性能得到明显改善;控制作用力、悬挂动...     

一类时滞Hopfield神经网络系统的全局稳定性

研究一类时滞Hopfield神经网络系统的平衡状态的存在性与全局稳定性,这类系统放弃了以前对激活函数的可微性与单调性要求。利用M矩阵理论,通过构造适当的Liapunov泛函,得到了系统全局渐近稳定的充分条件,改进了以前的相关结论。     

轮轨水介质接触的完全数值分析方法

基于部分弹流理论，建立一种高速轮轨在水介质作用下接触问题的完全数值分析方法。研究在介质水作用下高速轮轨间接触压力分布，给出高速轮轨介质接触时的固体承载及液体动压分布。     

基于滑模控制的时滞自动车辆跟随系统数学模型

基于非线性车辆动力学方程和固定车辆间距跟随策略,对具有时间滞后的自动化公路系统车辆纵向跟随控制问题进行了研究。在假定车队中的每个被控制车辆能够接收到车队领头车辆以及该车前面一个车辆的位移、速度和加速度信息的情况下,应用滑模变结构控制方法,通过对滑模运动方程的分析,得到了关于车辆间距误差的车辆纵向跟随系统的数学模型。该模型属于一类具有时间滞后的无限维非线性关联大系统。在具有时间滞后的车辆纵向跟随控制器设计中,利用该类非线性关联大系统的稳定性判定条件来设计控制参数,可确保车辆纵向跟随控制系统的稳定性。     

微尺度下气体在过渡区内流动的格子Boltzmann模拟

为研究微尺度下气体在过渡区内的流动特性,基于气体动理学及Knudsen层效应理论,推导了Knudsen数与无量纲松弛时间的关系;应用Succi的边界处理方法和广义二阶滑移边界条件,推导了壁面滑移速度和反弹比例系数的计算公式,建立了适用于过渡区微尺度气体流动的格子Boltzmann模型,并应用该模型对过渡区内微尺度Poiseuille流动进行模拟.结果表明,当稀薄参数取1.64时,计算得到的无量纲速度剖面在整个过渡区与Karniadakis给出的无量纲速度剖面吻合较好,无量纲速度分布在过渡区基本上保持为抛物线形状,边界上的无量纲滑移速度随着Knudsen数的增加而增大,中心线上的无量纲速度随着Knudsen数的增加而减小.      

扩散反应脉冲Cohen-Grossberg神经网络的鲁棒稳定性

应用光滑边界引理,分析具有反应扩散项和脉冲扰动的Cohen-Grossberg神经网络平衡点的全局指数鲁棒稳定性.假设激活函数满足Lipschitz条件,利用向量Lyapunov稳定性理论和数学归纳法,得到了系统全局指数鲁棒稳定的充分条件:由神经网络关联矩阵、增益函数、反应扩散项及激活函数界构造的表达式小于0.