迎浪时基于非线性运动方程的船舶RANS数值模拟

迎浪航行是船舶运动是非线性运动,采用一类具有齐次解的二阶偏微分方程描述迎浪时船舶的非线性运动,构建船舶迎浪航行控制的非线性运动方程,在临界稳定条件下分析船舶非线性微分方程的齐次解,在非线性波动运动模式下,建立船舶非线性运动方程的局部寻优模型,采用最小二乘拟合方法进行迎浪航行的控制参量寻优,实现非线性运动方程的船舶RANS数值仿真模拟,根据RANS数值模拟结果实现船舶非线性运动优化控制。数值仿真分析表明,迎浪时船舶非线性运动方程具有稳定收敛的齐次解,能实现对船舶的超稳定性控制。     

船舶非线性响应的鲁棒神经网络控制研究

随着船舶向着大型化、高速化方向发展,海上交通变得更加拥挤,船舶的航向控制技术引起了研究人员的广泛关注。自动舵是船舶航向控制的关键设备,近代以来出现了PID自动舵、自适应自动舵和智能自动舵等多种形式,实现了船舶运动的精确、灵活控制。本文针对船舶航向控制的非线性响应问题,在传统自动舵系统的基础上,提出了一种基于鲁棒神经网络的船舶运动控制器,建立了海风、海浪等非线性响应的函数模型,并进行了该船舶运动控制器的控制响应仿真。     

转向架悬挂非线性及其对车体刚柔耦合振动影响研究

以全侧开快运棚车作为研究对象,既有铁路三大干线提速160 km/h刚柔耦合仿真分析表明:无摇枕转向架会造成轻量化车体产生非线性振动,如中柱根部局部高应力及循环载荷幅值约80/79 MPa.若改用有摇枕转向架,尽管心盘旁承接口化解或缓解了对车体的侧滚或扭曲载荷,中柱根部应力明显降低,约48/47 MPa.但是摇枕复杂约束力系的动态不稳定问题亦会造成十分严重的轮轨磨耗影响.假若以日系空簧悬挂取代二系橡胶堆,K_2?K_1,以抗蛇行参数优配来形成频带吸能机制,则可以跨越新建有砟铁路提速至250 km/h,以长交路跨线运营模式来扩大中长途运输收益.     

基于非线性超声的CL60车轮和U75V钢轨磨损检测方法

针对早期轮轨滚动磨损变化过程难以通过无损手段进行表征的问题，提出了非线性超声技术对不同磨损程度的CL60车轮与U75V钢轨试样进行检测评估；建立了基于轮轨试样表面磨损特征的Murnaghan模型，并利用非线性超声有限元仿真，通过塑性变形层厚度变化情况模拟不同程度的摩擦损伤，分析了其相对非线性系数变化规律及其产生原因。试验结果表明:轮轨的早期磨损会导致材料表面产生塑性变形层，随着塑性变形的加剧，材料损伤将以微裂纹为主，车轮角加速度越大，轮轨间相对滑动作用时间越短，塑性变形层越薄，且CL60车轮较U75V钢轨磨损程度更为严重；CL60车轮试样在车轮角加速度分别为10、250、1 500 r·min-2时，对应的相对非线性系数分别为12.19、8.43、5.68，U75V钢轨试样在车轮角加速度分别为10、250、1 500 r·min-2时，对应的相对非线性系数分别为7.57、6.09、5.04，与CL60车轮试样相比，U75V钢轨试样的相对非线性系数变化缓慢。可知，相对非线性系数与塑性变形层厚度呈正相关，微裂纹产生的非线性效应比塑性变形层更强，相对非线性系数增幅更大，因此，可通过材料的相对非线性系数变化判断材料的磨损阶段。      

共享停车泊位数量可变下交通流逐日演化规律

为了揭示在共享停车泊位数量可变条件下的网络交通流逐日演化规律,首先构建了共享泊位交易系统,并考虑了交易市场中的共享泊位提供者可以选择2种异质性的价格预期方式,即理性预期方式和幼稚预期方式;而后对共享泊位的均衡价格、2种提供者的占比差、高峰时段公交和小汽车需求的演化规律进行了分析;其次,以2条平行路径的路网为例,对网络交通流量分配的最终演化结果进行了分析;最后,在对上述2个系统的最终演化状态给出定量判据后,以北京市实际路网为例进行了数值试验。理论分析和数值试验结果表明:①对于共享泊位交易系统,若供给曲线斜率小于需求曲线斜率,则共享泊位交易系统的唯一均衡解可实现无条件渐进稳定;否则若理性提供者的交易与预测成本之和大于幼稚提供者,则存在临界提供者选择强度,使得共享泊位交易系统在大于此临界值条件下出现分岔或混沌现象;②对于网络交通流系统,若出行成本对路径流量敏感度小,路径选择概率对出行成本敏感度小,小汽车需求量不大,则系统唯一的均衡解可能是渐进稳定的,否则系统会出现分岔或混沌状态;③当共享泊位交易系统处于渐进稳定状态时,若提供者对共享泊位的价格变动不敏感,用户对其价格变动敏感,潜在共享泊位需求量不大,理性提供者的交易与预测成本之和并非远大于幼稚提供者,提供者选择强度不大,则由于受到共享泊位交易总量的限制,高峰时段的均衡小汽车需求不大,导致网络交通流系统的最终演化状态容易趋向于渐进稳定;④当共享泊位交易系统处于混沌状态时,网络交通流系统会产生更加严重的分岔与混沌现象。     

轨道复合不平顺对无缝线路横向变形的影响分析

轨道复合不平顺会对行车的安全及稳定性产生较大影响,也是影响无缝线路横向变形的一个重要因素。为研究轨道复合不平顺对无缝线路的具体影响,通过构建三维轨道框架非线性有限元模型,采用轨道框架单点(或多点)位置发生横向及竖向位移来模拟复合不平顺状态,通过计算获取节点位移变化规律,进而分析轨道复合不平顺对无缝线路横向变形的影响作用。研究结果表明,轨道的复合不平顺会对无缝线路的横向变形产生显著的影响;当线路出现三角坑等类似病害时,其节点位移变化更为显著,在无缝线路的日常养护维修中应尤为注意。     

舰船水上纵向运动非线性数学控制模型

为了提高舰船水上纵向运动的控制精度,提出一种舰船水上纵向运动的非线性数学控制模型。首先对舰船水上纵向运动非线性控制的研究现状进行分析,然后采用多种模型分别对舰船水上纵向运动非线性控制进行预测,得到预测结果并确定各种模型的权值,利用证据理论确定出最优权值,最后对这些模型舰船水上纵向运动非线性控制预测结果进行加权,得到舰船水上纵向运动非线性控制精度。测试结果表明,本文模型不仅克服了当前舰船水上纵向运动非线性数学控制模型的缺陷,提高了舰船水上纵向运动的控制精度,而且舰船水上纵向运动的控制误差小于其他舰船水上纵向运动非线性数学控制模型,可以满足舰船水上纵向运动控制要求。     

基于改进型消灭曲线法的横摇阻尼估算

自由衰减试验仍是目前最为有效且常用的估算横摇阻尼系数的方法.横摇阻尼系数的估算精度对于船舶横摇运动的预报起着至关重要的作用.通常采用所谓的消灭曲线法来分析自由横摇衰减数据.该方法的一个不足之处在于其推导是基于忽略了非线性恢复力项的自由横摇运动方程.另一方面,考虑更多非线性成分的能量法能够纳入该因素影响但在实施过程中较为复杂.文中提出了一种改进型的消灭曲线法,能够纳入船体非线性恢复力项的影响.所提出的方法形式简单且相比能量法更易于实施.数值试验证明了改进型消灭曲线法的正确性,并展现了其相对传统消灭曲线法所具有的优势.     

船舶动力定位系统的非线性输出反馈控制

动力系统是保持船舶运行轨迹的最重要设备,设备运转过程中的推进力需要综合考虑海风、海浪及水深的影响。从实际分析可知,船舶运动由推进力引起的低频运动及海风海浪等引起的高频运动具有不可预测性,是一个非线性运动过程。本文对船舶动力系统进行建模,分析海上复杂环境的力学特性,设计自反馈滤波器对海上复杂环境引起的低频非线性运动进行过滤。最后对系统进行仿真,结果表明自反馈滤波器对动力定位系统起到很好的过滤作用。