变惯量多体曲轴轴系发动机动力学仿真

基于拉格朗日方程,在考虑曲柄连杆的变惯量、气缸的摩擦扭矩和燃气压力总指示扭矩的基础上建立了发动机曲轴轴系动力学模型。利用ADAMS内置的参数点坐标、参数化方程功能,在ADAMS内二次开发了集曲轴轴系结构参数、摩擦扭矩参数、负载扭矩参数和发动机点火次序选择的参数化软件。通过曲轴柔性处理获得轴系模态中性文件,由ADAMS/FLEX模块导入到ADAMS中建立了柔性曲轴的发动机多体动力学虚拟样机,结合某型车进行了动力学仿真。结果表明,发动机有效输出扭矩受摩擦扭矩和变惯量扭矩的影响较大,柔性曲轴比刚性曲轴能更好地模拟发动机曲轴,为车辆动态性能仿真提供了良好的发动机模型,并可为发动机的轴系设计、曲轴的强度校核和寿命计算提供准确的载荷。     

柴油机后处理系统一维数值模拟

以准稳态流动的压力损失方程与传热方程为计算依据,将过滤体看成是一维单通道流动管道的集合,建立了DPF一维流动模型,模拟过滤体;以BJ493ZQ3发动机为试验用发动机,建立发动机模型,将DPF模型连接在发动机排气管尾端,集合为系统整体模型,模拟系统排气阻力。计算与试验结果都表明,固定转速,低负荷时,系统排气阻力与负荷近似呈线性关系,高负荷时,二者近似呈二次曲线关系。计算给出了柴油机加装壁流式碳化硅DPF在实际不同运行条件下的排气背压MAP图,用来标定控制器,同时为DPF的再生控制策略提供了依据。     

路阻函数关系式推导及其拟合分析研究

路阻函数在交通分配过程中左右着路径的选择,目前广泛采用的路阻函数是美国公路局提出的BPR函数,但笔者在交通分配的实践过程中使用美国公路局推荐BPR参数得到的结果并不理想。论文推导了路段流量和路段通行时间之间的关系式,比较了BPR函数和推导关系式之间的差异,对推导关系式进行了指数抛物线拟合,并具有良好的效果(相关系数0.99),拟合方程可以作为路阻函数代替BPR函数。论文还对非拥挤路网的BPR函数参数进行了拟合,并获得较好效果。     

快速路整体性匝道仪控仿真研究

以Payne车流模型和宏观交通流连续方程为基础,将多路段的动态交通流离散方程应用于控制系统的描述,以泰勒展开式及连锁律推导二阶非线性速率方程式,构建一非线性整体匝道仪控模型.算例中以快速路检测的实时资料为前提,matlab 6.5为仿真工具,进行模拟和数值计算,仿真结果表明:非线性控制模型可有效的疏解高峰期交通拥挤的状况.     

基于平板载荷试验对黏性渗流固结理论的分析

针对经典的太沙基一维固结理论所采用的弹簧-水-活塞板模型中的不足,结合益阳地区土的特性,提出了修正后的弹簧-黏滞壶-水-活塞板模型。该模型利用土体单元在单位时间内的压缩量与土中孔隙体积的变化量相等的等量关系,推导出新的渗流固结方程。结合边界条件,利用修正后的渗流固结方程,求得计算土层内任一点的超孔隙水压力,从而进一步求得该点的沉降量。为了验证该方程的合理性,现场实施了保真度较高,对土体扰动较小的原位平板载荷试验,通过试验结果得到的p-s曲线计算沉降,并与修正后的渗流固结理论得到的沉降量进行对比。     

非饱和软土路基在长期荷载作用下的一维固结沉降研究

将Kelvin蠕变模型与Duncan非线性弹性模型串联为非线性粘弹性蠕变模型，来描述非饱和软土路基的本构关系。本构方程结合非饱和土有效应力方程和孔隙水压力与孔隙气压力控制方程，推导出非饱和软土路基在长期荷载作用下的一维固结-蠕变耦合方程，可以求解非饱和土路基任意时间任意位置的孔隙水压力、孔隙气压力。利用求得的孔隙水压力和孔隙气压力通过积分可求得路基的竖向沉降量，并结合工程实例对方程进行了验证。     

Modeling of gasoline fuel spray penetration in SIDI engines

The paper presents a research on the fuel injection and atomization depending on the thermodynamic quantities inside the cylinder of a combustion engine. With the use of piezoelectric outward-opening injectors the changes in the geometrical quantities of the atomized fuel in the aspect of its injection were determined. The studies concerning the influence of the individual quantities on the fuel spray penetration injected by the outward-opening injectors comprise a synthesis of the injection and atomization tests. Own mathematical equation describing the fuel spray penetration was proposed. The exponents (equation coefficients) related to the influence of the fuel pressure, air backpressure, charge density and time of fuel spray development were determined with the coefficient of determination 0.9797, indicating a congruence of the experimental data with the values obtained on the basis of the mathematical equation.     

桥梁基桩屈曲机理及其分析方法

讨论了基桩屈曲分析的现有方法，进而在分析基桩屈曲机理的基础上，将桩身视为考虑几何非线性的空间梁单元，利用更新的拉格朗日坐标体系建立有限元方程，并采用弧长控制法求解有限元非线性方程组，对基桩屈曲的几何非线性有限元分析进行了探讨。利用Matlab语言编制了相应的计算程序，以现场木桩压屈试验作为计算实例进行比较，计算表明，程序的计算结果吻合较好，可用于基桩屈曲的几何非线性分析。此外计算表明，地基系数对屈曲荷载的影响明显，随着地基系数的增大，基桩的屈曲荷载也随之增大。     

路面非周期一维温度场的傅里叶级数解

首先把路面温度场简化为非周期一维温度场,用分离变量法得到齐次边界条件下与温度场基本方程相容的傅里叶级数;然后用格林公式在边界展开热传导方程,得到傅里叶级数系数的常微分方程组,并用拉普拉斯变换求解;最后用实测数据标定的材料参数预测路面温度场。分析结果表明：傅里叶级数第4项仅在-0.1℃～0.1℃范围内波动;初始温度扰动对温度场有短时影响,如果扰动深度增大则影响时间变长;用实测数据标定模型后,模型可以较准确地预测路面温度场,标准差为1.88℃。     

悬索桥主缆求解虚拟梁法的改进

对悬索桥主缆求解的虚拟梁法进行了改进,证明了虚拟梁法在竖向荷载作用下主缆上的任意位置均适用,不必在吊杆处断开;推导了基于虚拟梁法的新形式相容方程,以建立主缆任意2个连续状态之间的联系;利用多点支承连续梁的求解方法,给出了加劲梁的活载挠度方程。通过建立以上非线性方程组,不仅可以求解主缆的成桥线形,而且还可以求解活载作用下悬索桥的挠度。通过算例的结果对比,说明了程序的准确性和适用性。     

活塞综合椭圆参数方程的研究及应用

根据活塞横截面外形轮廓线的计算及其结构特点,分析了目前常见活塞外圆截面椭圆型线的不足,通过比较椭圆型线中复杂形状的生成特征,运用叠加原理进行分析,最终推导出理想的综合椭圆参数方程,并通过国内数控车床实现了复杂活塞的外圆加工,现已成功应用于多个批量配套的产品上。     

炭质泥岩渐进破坏过程的变形特性及损伤演化研究

为研究软岩渐进破坏过程的变形特性和损伤演化规律,通过对炭质泥岩开展不同围压的三轴压缩试验,分析了围压对炭质泥岩宏观力学特性的影响;并将损伤岩石细观模型概化为岩石颗粒、裂隙损伤和孔隙3个部分;根据岩石细观结构损伤机制,结合应力-应变曲线特征,分段建立了炭质泥岩损伤演化方程:压密阶段,以孔隙率为损伤变量,建立了考虑孔隙压缩...     

冻融循环作用下炭质页岩蠕变模型研究

冻融循环作用下炭质页岩蠕变是高速公路高陡边坡稳定性研究的热点问题之一。为揭示冻融循环作用下炭质页岩的蠕变特性,将炭质页岩试样分别进行0次、5次、15次、25次冻融循环,在围压为4 MPa条件下,采用分级增量加载方式对试样进行三轴压缩蠕变试验,试验发现冻融作用下炭质页岩蠕变具有明显的非线性特征,轴向应变随冻融循环次数、应力水平和时间增加而增大;根据蠕变曲线特征,将蠕变曲线分为2个阶段,即稳定蠕变阶段和不稳定蠕变阶段;利用损伤定义及Lemaitre应变等效方程,建立稳定蠕变阶段的冻融损伤演化方程;基于损伤力学和概率统计理论,采用Von-misses屈服准则,建立不稳定蠕变阶段的冻融和蠕变耦合损伤方程;通过引入冻融和蠕变损伤变量对Burgers模型参数进行修正,建立冻融作用下的蠕变损伤模型。研究表明：岩石损伤随冻融循环次数增加而增大,但损伤增加速率减小,最终趋于稳定;冻融和蠕变耦合作用下,冻融作用使得岩石损伤累积,会加快岩石的蠕变破坏;分段建立的损伤方程能较好地揭示岩石损伤随冻融循环次数、应力水平和时间增加的变化规律;改进的蠕变模型与试验曲线拟合度较好,且参数物理意义明确。研究成果能为炭质页岩高陡边坡稳定性分析提供理论参考。     

改进的水泥混凝土路面温度应力系数经验公式表达

现行规范水泥混凝土路面的温度应力系数需要人工查图读取，不可避免地存在主观性，也不利于计算机技术的应用。通过查图读取数据，应用双线性函数、一般化的二次方程、以及其他简单函数拟合，得到了含有13个常量的改进的温度应力系数Bx经验公式。分析表明，基于查图数据，对应99％的保证率，使用公式引起的温度疲劳应力的误差不超过水泥混凝土弯拉强度的1％。公式对温度应力系数的解析描述，不但克服了查图的缺点，也为进一步的研究工作准备了条件。     

缸套—活塞环磨合过程中微凸体承载的理论研究

为获得内燃机缸套—活塞环磨合过程中微凸体的承载情况,利用粗糙峰的接触模型推导出磨合状态下微凸体承载方程,对弹性变形微凸体承载和塑性变形微凸体承载分别进行了研究,并对Gaussian分布下的微凸体承载方程进行了理论分析,重点讨论了内燃机缸套—活塞环磨合过程中塑性变形微凸体承载能力的变化。分析结果表明,磨合初期,塑性接触部分微凸体承载较大(占微凸体总承载的70%~80%);随着磨合的进行,塑性接触部分微凸体承载占微凸体总承载的比例逐渐减小,是一个动态变化的过程。所建立的微凸体承载方程为磨合过程的动力学建模及缸套—活塞环摩擦学状态分析提供了理论支撑。     

集中力作用在弹性半无限平面内的Melan解研究

针对长条形基坑开挖的变形问题，通过对Melan给出的集中力作用在弹性半无限平面内应力解的研究，发现其不满足弹性力学相容方程。对此，利用弹性力学中平衡方程、应力几何方程结合位移边界条件，给出了集中力作用在弹性半无限平面内应力修正解，推导出相应的位移解，并利用有限元ABAQUS计算结果验证位移解的正确性，同时说明了应力修正解的正确性。     

Modified one-step reaction equation for modeling the oxidation of unburned hydrocarbons in engine conditions

The oxidation of unburned hydrocarbons from piston crevices was modeled using a modified one-step reaction equation. This new one-step oxidation model was developed by modifying the Arrhenius reaction rate coefficients of the conventional one-step reaction equation. The predictions of the new one-step oxidation model agree well with the results of the detailed chemical reaction mechanism in terms of the 90% oxidation time of the fuel. The effects of pressure and intermediate species in the burnt gas on the oxidation rate were also investigated and included as additional multiplying factors in the modification of the equation. To simulate the oxidation process of unburned hydrocarbons from a piston crevice, a two-dimensional computational mesh, based on the conventional engine geometry, was constructed with a fine mesh density at the regions of the piston crevice and cylinder wall. The number of cell layers in the cylinder was controlled according to the piston motion to model the out-flow of unburned hydrocarbons from the piston crevice during the expansion stroke. The effects of engine operational conditions on the oxidation rate were examined at several engine speeds and load conditions, and the sensitivity of the oxidation rate to the piston crevice volume was also evaluated. Finally, the new one-step oxidation model was applied to a three-dimensional computational mesh that modeled the three-dimensional engine geometry and piston-valve motions to simulate the oxidation of unburned hydrocarbons in a real engine condition.     

黔张常客运专线卧云界隧道降雨-涌水相关性研究

作为黔张常客运专线6座Ⅰ级高风险隧道之一,卧云界隧道受到涌突水严重威胁。通过对卧云界隧道汛期涌水量和降雨量进行相关分析,发现降雨不仅与隧道涌水具有高度相关性且在岩溶含水层的调节作用下存在滞后性,在此基础上建立降雨-涌水回归方程。结果表明:采用回归方程预测隧道涌水量具有简单、快速和精度高的优点,可为隧道在未来不同降雨条件下涌水量预测提供依据。     

渗流作用下被动桩桩后土体的破坏机理

基于离散元的颗粒流方法和计算流体动力学的Navier-Stokes方程,建立了渗流作用下的被动桩桩后土体变形分析模型;分别用墙和圆形颗粒模拟桩和土体固相颗粒,用Navier-Stokes方程描述土体渗流,研究了渗流作用下桩后土体的变形破坏过程、影响因素和防治措施。结果表明:桩后土体在渗流作用下形成土拱效应,但随着土拱附近颗粒楔紧,局部水力梯度增大,土拱从拱脚开始破坏;渗透压力对桩后土体能够提供的最大阻滑力影响较大;增大桩表面粗糙度或者在桩后侧端部增加过滤墙结构能够提高被动桩对桩后土体提供的最大阻滑力。研究结果揭示了渗流作用下桩后土体的变形破坏规律,可为渗流条件下被动桩工程的优化设计提供依据。     

路段交通流的动力学模型及其仿真

引入超车换道流量,建立了相应的交通流连续性方程。通过对交通流参数的微分分析,建立了路段交通流的运动微分方程。与流体力学对比,根据牛顿第二定律,提出了计算简便的交通压力、粘性阻力系数及粘性阻力,定义来自下游交通波的干扰为交通流的粘性,波速与最大波速之差为沿程粘性阻力系数,沿程粘性阻力与车道长度、流量沿车流方向的变化率、沿程粘性阻力系数成正比,模型能够得出交通流参数之间的关系。仿真实例表明:模型能够反映交通流的基本特性。