空气弹簧动力学特性参数分析

基于热力学及流体力学理论,建立空气弹簧的物理模型,导出其计算的统一数学表达式,提出了确定空气弹簧参数的计算方法,并对影响空气弹簧性能的主要因素进行了分析。结果表明,空气弹簧气囊外形及材料特性、附加气室容积和节流孔直径是影响空气弹簧性能的主要因素。     

基于残差卷积网络的浮置板轨道钢弹簧损伤检测

针对传统故障诊断方法难以有效检测浮置板轨道钢弹簧损伤这一挑战性问题，提出了一种基于一维残差卷积网络的损伤检测方法；建立了车辆-浮置板轨道耦合动力学模型，得到了多种工况下列车通过导致的浮置板振动响应数据集；利用残差卷积网络对不同损伤情形下的振动响应进行特征提取和数据分类，实现了对损伤钢弹簧的准确定位；研究了残差卷积网络在不同传感器布置方案上的检测性能，分析了损伤钢弹簧和传感器之间的复杂位置关系对检测性能的影响规律，优化并确定了经济可靠的传感器布置方案。研究结果表明:传感器的位置越靠近浮置板中部，残差卷积网络对不同损伤情形下的数据分类准确性和鲁棒性越好；传感器的布置数量增多，损伤检测方法的性能也随之改善，但传感器过多地集中于浮置板中部并不会带来显著的性能提升；在浮置板中部的钢弹簧损伤比在浮置板端部的钢弹簧损伤更难识别；损伤检测方法在全覆盖式布置方案下达到了99.11%的分类准确率，对复杂多变的检测情景具有良好适应性，而优化后双传感器布置方案和三传感器布置方案的分类准确率分别达到了98.23%和98.96%，优化后传感器布置方案具有良好的检测性能，同时也保持了损伤检测方法对复杂情景的适应性。      

前悬架钢板弹簧动力学建模及刚度优化

用离散梁法建立钢板弹簧的动力学模型,采用ADAMS／Insight分析动力学参数对钢板弹簧刚度的影响,应用ADAMS／View中的Optimization实现对钢板弹簧的弹性模量和绕Y轴的转动惯量等动力学参数的修正,最终通过仿真分析完成对钢板弹簧刚度的优化。对优化前、后的刚度曲线和理论曲线进行对比分析,验证了模型的有效性,为整车动力学模型的建立和仿真分析奠定了基础。     

一种确定高圆簧横向刚度的有效方法

文中将高圆簧简化为等截面弹性直杆，导出高圆簧横向刚度计算式，并用试验结果进行修正，提出高圆横向刚度分析方法。理论分析和试验结果表明：高圆簧横向刚度的大小取愉于高圆簧的自由高度和工作高度，即由其结构几何参数和工作载荷决定。按文中方法确定的高圆簧横向刚度理论值与试验结果间的最大误差不超过１０％，满足工程理论分析要求。     

空气弹簧对车辆曲线通过性能的影响

建立了考虑左右空气弹簧垂向耦合模型的车辆系统数学模型,由理想气体的状态方程得到空气弹簧的力学方程,分析了车辆通过曲线时车辆与空气弹簧的动态特性。仿真结果表明:由于高度阀的动作,车辆在驶出曲线后各空气弹簧的压力不一致,导致车体不能回到静平衡位置;车辆以正常速度通过曲线时,车辆曲线通过动力学性能变化不大;在车辆多次通过同一种曲线的较恶劣工况时,空气弹簧内气压变化范围是一定的;增加抗侧滚刚度能明显抑制车体侧滚,从而减小空气弹簧内气压的变化量;增大空气弹簧横向跨距,并选择合适的刚度和阻尼,能使车辆驶出曲线后各空气弹簧压力接近静平衡值。     

Simulation and analysis of flexible solar panels’ deployment and locking processes

To predict the attitude of satellite during the whole deployment process and evaluate the lockingimpact, a numerical flexible model of a certain satellite associated with four flexible honeycomb solar panelswas established. The flexible solar panel was modeled by the finite element analysis (FEA), and the motionequations were derived by Lagrangian formulation. The locking process was based on the method of Hertziancontact, which enables one to predict the locking impact on the satellite and the subsequent oscillation of solarpanels. The results reveal that locking operation has great impact on the attitude of the satelhte, and theangular acceleration of satellite reaches 22.03 °/s2 at the locking moment; the flexible solar panels model isfeasible to predict the accurate response of the satelhte during deployment and the oscillation of solar panels;the instantly impulsive force occurred during locking process is about 1.5 kN and the changing time is nearly0.32 s. It provides an effective approach to present the flexible solar panels' deployment process and evaluatethe locking impact.     

基于物理参数的转向架定位橡胶节点动力学建模

针对高速列车转向架悬挂系统中的弹性橡胶件, 开展了基于物理参数的橡胶件非线性动力学建模方法研究; 为准确模拟其非线性刚度与阻尼的硬度相关性、结构尺寸相关性、激励频率相关性和激励位移幅值相关性, 采用有限元软件ABAQUS中的Mooney-Rivlin橡胶本构模型表征橡胶件的刚度与其结构尺寸和胶料硬度之间的相关性, 采用包括分数导数阻尼力元、摩擦力元和弹簧力元的动力学模型表征橡胶件刚度和阻尼的频变、幅变特性, 采用最小二乘法实现基于台架试验的模型参数识别; 对橡胶垫和定位橡胶节点的非线性特性进行仿真和台架试验, 验证了动力学模型的有效性; 在SIMPACK软件中定义自编力元, 进行车辆动力学性能分析, 有限元模型为动力学模型提供了基础的模型参数。分析结果表明: 橡胶垫和定位橡胶节点的刚度与胶料邵氏硬度基本呈正比关系, 硬度80 HA对应的刚度约为60 HA时的2倍; 载荷作用方向的胶料越少其对应方向的刚度越大; 橡胶垫的轴向和径向刚度解耦, 分别受高度和内外径尺寸影响, 橡胶垫轴向刚度随高度的下降率为0.2~0.6 MN·m-1·mm-1; 定位橡胶节点的芯轴尺寸改变引起其轴向和径向刚度同时变化, 定位橡胶节点径向刚度随内径的增长率为3.1~5.2 MN·m-1·mm-1; 采用非线性橡胶件动力学模型的车辆动力学仿真结果与传统等效力元模型结果差异为20%, 说明橡胶垫和定位橡胶节点动态参数的非线性对车辆动力学性能有显著影响。      

摆动式货车转向架弹簧托板刚度对其动力学性能的影响

为分析弹簧托板的形式对摆动式转向架货车动力学性能的影响,利用有限单元法将弹簧托板等效为一根弹性梁,根据Hook定律得到弹簧托板与摇动台的连接刚度,通过改变弹簧托板的半径,得到不同半径下弹簧托板与摇动座的连接刚度。运用多体系统动力学原理,考虑车辆各个部件的连接和接触关系,建立整个车辆的多体系统动力学模型,通过对比不同弹簧托板半径下车辆的各主要动力学性能指标,得到较为合适的弹簧托板半径。综合对比不同弹簧托板半径下的车辆动力学分析结果得出,随着弹簧托板半径的增大,车辆的临界速度减小,车体横向平稳性增加,而车辆的运行稳定性指标出现波动,当弹簧托板半径为10m时,车辆的各主要动力学性能较好,其对车辆的动力学性能影响较小。     

高速列车轴箱弹簧载荷特性与疲劳损伤

以某型高速列车轴箱弹簧为研究对象, 通过载荷标定方法制作了弹簧载荷测试传感器, 安装于动力转向架, 通过在线路测试得到了轴箱弹簧载荷时间历程; 结合车载陀螺仪信号, 分析了启动牵引、制动停车、高低速直线、进出坡道、曲线通过等典型工况下的轴箱弹簧载荷特性; 根据轴箱弹簧载荷的变化特点, 将测试载荷分解为趋势载荷和动态载荷, 并在统计基础上给出轴箱弹簧一定运用里程下的载荷谱, 确定了载荷幅值与载荷作用频次的对应关系, 根据损伤一致性准则, 分析了载荷谱各级载荷造成的损伤比重与轴箱弹簧疲劳损伤随列车运行速度增大的变化规律。分析结果表明: 轴箱弹簧载荷与应变呈线性关系, 其传递系数为9.45×10-5 kN-1; 与非动力侧轴箱弹簧相比, 动力侧轴箱弹簧载荷幅值变化受电机扭矩载荷的影响较大, 在列车启动阶段, 电机输出扭矩达到最大值, 动力侧与非动力侧轴箱弹簧的载荷分别为-7.42、1.26 kN; 列车速度由240 km·h-1增大至350 km·h-1时, 轴箱弹簧趋势载荷由-0.6 kN变化至-2.0 kN, 最大动态载荷由1.53 kN增大至1.86 kN, 增大了22%;动力侧轴箱弹簧在列车低速、高速运行时所产生的疲劳损伤比重分别为0.79、0.75;列车运行速度提高会使轴箱弹簧高幅值载荷产生的疲劳损伤比重略有降低, 这与非动力侧疲劳损伤比重分布特点相吻合; 动力侧和非动力侧轴箱弹簧疲劳损伤随着列车运行速度增大均呈现出先减小后增大的变化趋势, 在列车速度为300 km·h-1附近时达到最小疲劳损伤, 动力侧与非动力侧轴箱弹簧的疲劳损伤分别为0.110、0.004。      

高速动车组空气弹簧故障模式下转向架动态响应

为了模拟高速动车组空气弹簧发生故障后的工作状态,基于气动力学理论与函数拟合方法,建立了空气弹簧系统的三维耦合动力学模型,并将该模型与高速动车组整车动力学模型进行了联合仿真,研究了空气弹簧故障模式下高速动车组转向架的动力学响应.由空气弹簧泄漏过程分析可知,空气弹簧泄漏导致车辆失稳的可能性较小,但会使平稳性下降;车辆的垂向与横向安全性指标峰值分别出现在泄漏面积约为15 mm2和30 mm2处;差压阀在空气弹簧的泄漏中能够有效保障车辆的动力学性能.由车辆曲线通过性分析可知,车辆通过曲线的方向若与空气弹簧的泄漏在同侧,则轮重减载率高出直线工况约20%;差压阀与高度调整阀的失效均会对车辆的动力学性能造成一定程度的影响,但各项指标仍满足安全性要求.      

套靴刚度和阻尼对高速列车-弹性支承块式无砟轨道系统竖向振动的影响

采用轨段单元模拟弹性支承块式无砟轨道结构。钢轨模拟为弹性点支承Euler梁;钢轨下面的支承块视为刚体;道床板视为弹性薄板,并且采用横向有限条与板段单元法对其进行位移插值;钢轨扣件和支承块下胶垫和套靴模拟为线性弹簧和阻尼器;道床板与混凝土底座下的路基模拟为连续分布面弹簧和阻尼器。基于弹性系统动力学总势能不变值原理和形成系统矩阵的“对号入座”法则,建立了高速列车-弹性支承块式无砟轨道系统竖向振动矩阵方程,得到了系统振动响应,进一步分析了套靴刚度和阻尼对此系统竖向振动响应的影响规律。     

客车少片变截面钢板弹簧研究

介绍了钢板弹簧以及少片变截面钢板弹簧。建立了少片变截面钢板弹簧设计的数学模型,并对其优化设计方法进行了探讨。结果表明：少片变截面钢板弹簧的优化设计和发展至关重要。     

基于产品族的铁道车辆轴箱弹簧快速设计方法研究

引入产品族的概念,针对铁道车辆轴箱弹簧产品的快速设计,提出了一种基于产品族的铁道车辆轴箱弹簧快速设计方法.在铁道车辆轴箱弹簧的产品族设计的基础上,建立产品族数据库,采用基于相似实例惩罚函数优化设计方法实现轴箱弹簧的快速设计,并据此开发了一套基于产品族的铁道车辆轴箱弹簧快速设计系统,以某型车双卷轴箱弹簧快速设计为实例,验证了快速设计方法的正确性和有效性.     

面向大客流的城轨备用车投放车站选择与优化模型

为快速疏解城轨线路上车站的大客流，减少乘客的等待时间，研究了备用车投放问题; 在考虑列车追踪关系、列车停站时间等约束的基础上，建立了综合备用车投放时机确定、投放最佳车站选择和时刻表动态调整的多目标优化模型; 界定了城轨备用车开行条件，提出了城轨备用车投放时机的定量化判定方法; 用0-1变量表征车站是否具备备用车投放条件，并将其作为模型输入，以减小大客流车站乘客等待时间和降低运行图偏离时间(延误时间)为优化目标，构建了备用车投放的混合整数非线性规划模型，该模型通过比较不同的备用车投放方案效率得到最佳的备用车投放车站和后续开行计划; 为同时求解0-1变量与连续变量，设计了带惩罚函数的改进粒子群优化算法求解模型。研究结果表明:该方法可对所有符合备用车开行条件的车站制定投放方案，并进一步筛选出最优的备用车投放车站，最多可减少1 318 209 s的乘客等待时间，优化效率为21.9%，且改进的粒子群优化算法对混合整数非线性规划模型的适用性较好; 相比于既有城轨线路列车运行调整和时刻表优化方法，本文提出的方法在应对突发大客流的备用车投放时机上做出了更加定量化的判断，优先考虑了大客流车站的疏解能力和效率，并优化了备用车与后续列车的开行方案，可以有效解决高峰时段车站大客流问题。      

多约束燃料棒自由振动特性

为开发用于核燃料设计的流致振动计算程序,基于梁理论和势流理论,建立了多约束燃料棒振动问题理论分析方法. 首先通过多跨连续梁理论,得到了多约束燃料棒在空气中振动控制方程和干模态下总体刚度矩阵和质量矩阵;然后通过势流理论,考虑了流体轴流和边界条件的影响,给出了湿模态下附加质量矩阵;最后以压水堆燃料棒为例,得到了燃料棒在干模态和湿模态下自由振动固有频率和振型的理论分析结果,并研究了弹簧刚度和附加质量系数对振动固有频率的影响. 研究结果表明:通过理论分析方法所得计算结果与有限元软件ANSYS计算结果相一致;燃料棒在堆芯中结构为棒束形式,且周围为高速流动流体,振动频率及振型受到流体轴流和周边相邻燃料棒的边界效应影响,但由于多约束作用,流体轴流和边界效应仅影响了振动固有频率,而对振型基本没有影响;拉压和扭转弹簧刚度越大,燃料棒振动频率越高,增加扭转弹簧刚度可使第1阶固有频率增加79.1%,附加质量系数越高,燃料棒振动频率越低,可使第1阶固有频率降低18.2%,通过优化刚度方法可得到理想的振动特性,为格架设计提供参考.      

Optimization of Clinching Tools by Integrated Finite Element Model and Genetic Algorithm Approach

Clinching is a convenient and efficient cold forming process that can join two sheets without any additional part. This study establishes an intelligent system for optimizing the clinched joint. Firstly, a mathematical model which introduces the ductile damage constraint to prevent cracking during clinching process is proposed.Meanwhile, an optimization methodology and its corresponding computer program are developed by integrated finite element model(FEM) and genetic algorithm(GA) approach. Secondly, Al6061-T4 alloy sheets with a thickness of 1.4 mm are used to verify this optimization system. The optimization program automatically acquires the largest axial strength which is approximately equal to 872 N. Finally, sensitivity analysis is implemented, in which the influence of geometrical parameters of clinching tools on final joint strength is analyzed. The sensitivity analysis indicates the main parameters to influence joint strength, which is essential from an industrial point of view.     

考虑油膜刚度的连杆结构动力学模型

对柴油机连杆动力学模型进行研究.结构动力学分析采用自主开发的SERLOD系统,以我国16V240ZJ柴油机连杆为例,工作载荷应用转动惯量法求出施加在相应位置,将油膜按弹簧进行模型化处理.结果表明在其他因素同等条件下,考虑油膜的动力学计算可以获得容易产生较大破坏的连杆低频振动参数.     

Dynamic Simulation Analysis of Humanoid Robot Walking System Based on ADAMS

Humanoid robots are a hot topic in the field of robotics research. The walking system is the critical part of the humanoid robot, and the dynamic simulation of the walking system is of great importance. In this paper, the stability of the walking system and the rationality of its structural design are considered in the study of dynamics for a humanoid robot. The dynamic model of humanoid robot walking system is established by using the Lagrange dynamics method. Additionally, the three-dimensional model of CATIA is imported into ADAMS. The humanoid robot walking system is added with the movement of the deputy and the driving force in the ADAMS.The torque and angular velocity of the ankle joint and hip joint are analyzed in the process of knee bends. The simulation results show that the overall performance of the humanoid robot walking system is favorable and has a smooth movement, and the specified actions can be completed, which proves the rationality of the humanoid robot walking system design.     

轨道左右不对称的车辆-轨道系统动力响应

视车辆、轨道为整个系统,车辆模拟为由弹簧和阻尼器连接的多刚体,具有15个自由度,轨道模拟为两根离散粘弹性基础支承的长梁。运用弹性系统力学总势能不变值原理和形成矩阵的“对号入座”法则,建立车辆．轨道系统的运动方程。研究了左右钢轨不对称不平顺、左右钢轨的不对称支承、车辆移动速度以及钢轨类型对车辆一轨道系统响应的影响。     

Design of Wind Turbine Blade for Solar Chimney Power Plant

Aiming at the global efficiency of solar chimney power plant (SCPP), we design a wind turbine generation device to elevate its electricity generating efficiency. Based on wind power utilization theory, a new method is proposed to design a type of wind turbine blade for SCPP. The lift and resistance coefficients on different Reynolds numbers of NACA4418 airfoil, which is suitable for experimental solar electricity generation system, are determined by Profili-V2.0 airfoil design software, a program written in Matlab to calculate chord length of the airfoil. The optimization is conducted by class-shape-transformation (CST) parameterization method and Xfoil software. An airfoil design program is designed on the basis of blade element theory and attack angle with the highest lift coefficient to iteratively determine the inflow angle and setting angle. Prandtl’s tip-loss factor is applied to correct the setting angle, after the airfoil data are input into AutoCAD to build an airfoil model which is then imported into Solidworks to draw blades. A new way is put forward to design wind turbine blades in SCPP.