非光滑表面Mira阶梯背模型气动特性分析

对Mira阶梯背模型外流场进行数值模拟并验证,表明仿真结果可靠;研究了非光滑单元体类型对气动性能的影响,结果表明半球形凹坑减阻效果最优,减阻率为4.87%;采用正交试验方法研究了凹坑型非光滑单元体的排列方式、深度、纵横间距(纵横为等间距)等对气动性能的影响,结果表明影响减阻效果的主次因素为非光滑单元体的深度、纵横间距、速度、排列方式,其中最优组合减阻率为6.07%。     

基于非光滑单元体结构的车身气动特性研究

利用计算流体动力学的方法,对光滑表面MIRA阶梯背模型进行了外流场数值模拟与试验验证;根据仿生非光滑表面减阻理论,确定了凹坑型非光滑单元体的布置位置及尺寸,并对凹坑型非光滑单元体结构因素对减阻特性的影响进行仿真分析;并基于正交实验设计对凹坑型单元体的结构因素进行优化,仿真表明最优结构组合的减阻率可达10.54%;最后从压差阻力、诱导阻力和摩擦阻力3个方面对凹坑型非光滑单元体最优结构组合改进前后的减阻机理进行了对比分析,显著提高了车身的减阻效果。     

凸包非光滑表面高速列车气动阻力及噪声研究

为减少高速列车在运行中的气动阻力及噪声,提高列车运行效率、节约能耗,提升旅客乘坐舒适度,提出凸包非光滑表面减阻技术应用于高速列车领域。以CRH3型高速列车为研究对象,通过在车体的头部和尾部加设凸包来控制湍流特性,以达到减阻、降噪效果。首先,利用PRO/Engineer建立非光滑表面CRH3高速列车简化模型,采用ICEM CFD软件对模型划分非结构网格;其次,应用Fluent流体仿真软件基于标准模型对稳态运行速度为300 km/h时的列车进行仿真计算空气阻力;最后,利用宽频带噪声模拟气动性能良好的列车外表面噪声。结果显示:将间距为460 mm、半径为40 mm、高度为10 mm的凸包阵列结构布设在前挡风玻璃周围对减小气动阻力有积极作用,阻力值为3 715 N,减阻率为1.77%,而此参数凸包非光滑对列车裙板上缘有普遍降噪效果,最大降噪率为1.72%,而对车鼻处及车顶部则会增加噪声。研究表明,通过在头车加设凸包可以改变边界层湍流特性达到减小列车气动阻力及降低部分位置气动噪声的效果。     

涡旋澄清池沉淀区结构参数的固液两相流数值模拟

基于Fluent软件结合标准k-ε两方程湍流模型与简化的双流体Mixture模型对涡旋澄清池沉淀区进行三维数值模拟,通过验证表明该模型能够很好地模拟池中水流流场以及污泥的分布情况。在入口流量及悬浮物浓度不变时利用该模型对不同挡板长度、斜板间距与倾角进行了模拟研究,进而选择最优结构参数,以期增强沉淀效果、提高去除率。根据数值模拟结果,同时综合实际情况,得出涡旋澄清池沉淀区最优结构参数:挡板长300 mm,斜板倾角50°,斜板间距55 mm。     

基于连续近似模型的轨道交通与常规公交耦合优化设计

为研究城市轨道交通与常规公交线网耦合优化设计问题，本文基于近似方格型路网并考虑乘客的多种路径选择，构建双层混合整数优化模型，以同时求解地铁与常规公交发车时距、常规公交的线间距及站间距。上层模型是以系统总成本(乘客成本与运营商成本之和)最小为目标的连续近似模型，以寻求乘客与运营商两者之间的平衡关系，并对各项成本进行详细推导。采用序列二次规划算法，并用凸算法对该非凸问题进行包络。下层为考虑依概率分配的路径分配问题，使用MSA算法对各路径流量加权分配，考虑到问题的解析形式具有非凸性，故采用启发式方法进行求解。最后，以南京市建邺区实际公交线网为例进行案例分析，以此验证该优化模型的有效性。经过优化，以非拥堵时段为例，该研究区域内乘客平均出行时间由 41.6 min减少至 33.0 min，降低约20.6%。本文所提出的优化模型可以为方格路网城市的公共交通线网规划提供参考依据。     

基于ADAMS-Isight联合仿真的电子机械制动器增力机构结构参数优化

设计一种新型肘杆增力式机械制动器,为了优化该制动器增力机构的结构参数,在ADAMS软件平台上建立参数化模型,并进行初步仿真,获得该增力机构的初始增力效果.基于Isight软件集成ADAMS,以增力机构输出稳定最大夹紧力为目标进行优化设计,采用优化拉丁方实验设计方法设计试验变量,对得出的近似模型通过序列二次规划法(non...     

基于Hyperstudy电动车前端结构碰撞性能多目标优化

采用整车正碰过程中关键的吸能薄壁构件为研究对象,以碰撞中前端结构质量比吸能最大、加速度峰值最小以及最大压缩位移最小为目标,进行多目标优化。基于近似模型寻优,取7个前端各部件壁厚为设计变量,利用拉丁超立方采样提取径向基近似模型样本,在近似模型的基础上进行全局多目标寻优,得到多目标优化的Pareto解集,给出不同优化结果,最终选择合适的优化方案完成了电动车前端结构的碰撞性能多目标优化。     

高速列车受电弓杆件减阻降噪研究分析

高速列车受电弓是列车高速运行时气动阻力和气动噪声的主要来源之一。为探索受电弓杆件的减阻降噪方法,基于仿生学思想将高速列车受电弓光滑表面设计成螺纹型非光滑结构,同时研究在螺距和螺纹直径参数下对气动阻力和气动噪声的影响。选取高速列车受电弓杆件的典型尺寸建立流体仿真分析模型,采用非结构化混合网格,利用Standard k-ε湍流模型及宽频噪声模型,通过数值方法计算流场的分布特征和气动噪声大小。计算结果表明:螺纹型非光滑结构能更好地影响圆柱体尾涡区的形成,是有效降低高速列车受电弓杆件气动阻力和气动噪声的关键。为了进一步探究螺纹型非光滑结构杆件对高速列车受电弓减阻降噪的影响,设计了凹槽螺纹型和凸陷螺纹型两种不同结构杆件,分别在不同的螺距和螺纹直径参数下进行流场计算结果分析。结果表明,在350 km/h的风速下,螺距和螺纹直径参数一定时,凸陷螺纹型杆件的减阻降噪效果要优于凹槽螺纹型结构;其中,螺距PPD=60 mm,螺纹直径d=1 mm的凹槽螺纹型杆件具有最优减阻降噪效果,单个杆件的减阻率达3%;而对于凹槽螺纹型杆件类型,螺距PPD一定时,d/D的比值在0.017～0.067范围内,随着螺纹直径d的增大气动阻力和气动噪声均升高,当d/D数值超过0.067之后有显著降低气动阻力和气动噪声的趋势。     

基于边界层控制的高速列车减阻技术

为减小高速列车在运行过程中的气动阻力,提出一种基于边界层控制的减阻技术。以CRH3高速列车为研究对象,通过在车体表面加设球窝非光滑表面来控制边界层的湍流特性,实现列车运行减阻效果;通过PRO/Engineer三维软件建立了高速列车模型、参数化的球窝模型和计算域模型,在不影响研究效果的前提下,对高速列车模型进行简化处理以减少数值仿真计算周期;为使网格能够更好地贴合流线型车体和球窝非光滑表面,采用ICEM CFD软件对计算域进行非结构网格划分;在考虑列车表面粗糙度对气动阻力的影响工况下,应用商业流体软件FLUENT中的k-ε湍流模型对列车在300km·h~(-1)明线运行工况下的列车外流场进行数值仿真分析。仿真结果表明:只在尾车加设球窝非光滑表面更有利于列车减阻,且随球窝的半径、深度和阵列距离的增大,列车的气动阻力均呈先下降后上升的趋势;当球窝阵列距离为350mm,球窝半径为80mm,球窝深度为10mm时,球窝非光滑表面的减阻效果最好,此时气动阻力为2 220.4N,没有加设球窝非光滑表面的列车气动阻力为2 967.9N,减阻率可达25.19%。可见,采用球窝非光滑表面来改变边界层湍流特性是降低列车气动阻力的有效途径。     

基于BRT系统总成本最小的站间距优化模型设计

近年来,我国的快速公交建设得到了极大的发展,许多城市都已开通BRT系统并逐渐广泛应用,常用的优化模型有以乘客总出行时间最短为目标的站间距优化模型或以社会经济效益最大为目标的站间距优化模型等,此类模型考虑得都较为片面,只从乘客、运营者或政府单个视角考虑站间距的设置,而没有综合加权予以优化。本文基于BRT系统总成本最小的角度来建立数学模型,分别通过分析计算求出各部分的成本,确定BRT的最优站间距,最后以临沂市BRT建设为实例求解最优站间距,验证了模型的可行性。     

兰州市小西湖黄河大桥设计参数分析与优化

通过兰州市小西湖黄河大桥的设计,论述了部分斜拉桥孔跨的布置和梁高的选取;指出了塔高的决定除在技术经济上把握以外,还应考虑景观的需要,并通过受力计算确定了斜拉索的根数、索间距及无索区的长度;建立了以主梁弯曲应变能为目标函数,对斜拉索的初张力进行了优化分析,使结构受力行为达到最优.从而阐明了部分斜拉桥设计参数的选取过程.     

基于DOE与遗传算法相结合的共轨柴油机喷射参数优化

将DOE与遗传算法相结合对共轨柴油机喷射参数进行优化,并对优化方案进行了燃烧分析和试验验证。针对某型共轨柴油机,利用DOE设计了77种共轨柴油机喷射参数技术方案,再以响应面近似模型技术构造优化目标函数,利用遗传算法对该近似模型进行寻优。试验结果证明优化后柴油机油耗降低5%,NOx降低10%,碳烟降低18%。     

表面织构对曲轴轴承润滑性能的影响

考虑凹槽与凹坑织构之间的协同润滑效应,在曲轴轴承表面设计了抛物线凹槽-球形凹坑复合织构,以改善轴承的润滑性能;为了分析抛物线凹槽-球形凹坑复合织构对曲轴轴承润滑性能的影响,基于平均Reynolds方程和Greenwood-Tripp微凸体接触方程构建了曲轴轴承的混合润滑模型,并采用质量守恒的边界条件处理油膜的破裂和再形成行为,分析了凹槽织构、凹坑织构与凹槽-凹坑复合织构的摩擦学性能,研究了凹槽-凹坑复合织构的分布位置和结构参数对轴承承载力和摩擦力的影响。分析结果表明:凹槽-凹坑复合织构具有高于凹槽织构的承载力和低于凹坑织构的摩擦力;存在最优的凹槽宽度为1.3mm,凹槽面积率为0.7,凹槽最大深度为25μm,凹坑数量为6,凹坑面积率为0.7,凹坑最大深度为20μm,使得轴承量纲为1的承载力最大;存在最优的凹槽宽度为2.6mm,凹槽面积率为0.7,凹槽最大深度为30μm,凹坑数量为15,凹坑面积率为0.7,凹坑最大深度为35μm,使得轴承量纲为1的摩擦力最小;当凹槽-凹坑复合织构的分布位置、结构参数取最优值时,相对于无织构轴承而言,轴承的承载力提高了4.1%,摩擦力减小了19.6%。     

发动机进气道三维数值模拟及仿生设计

基于仿生学的基本原理,提出一种能降低发动机进气喉管阻力的仿生非光滑结构形式,并以170F柴油机进气道为分析对象,利用计算流体力学方法研究了仿生非光滑进气喉管对发动机进气阻力的影响。建立170F型柴油机进气道Fluent分析模型(发动机进气道内空气流动域、边界条件及初始条件),进气道气体的湍流现象采用SST k-ω模型模拟。为提高计算效率,对计算域进行多块离散。进气道内的空气流动仿真分析结果表明:在进气道喉管处添加凹坑型非光滑表面后,进气道进气阻力减小14.2%左右,流通系数提高1.2%左右。     

钢索塔纵向加劲肋参数研究

结合实际工程,以有限元理论为基础,利用斜拉桥最大悬臂状态索塔所承受的索力,建立钢索塔板壳有限元模型,用只受拉杆单元模拟斜拉索.利用钢索塔的板壳有限元模型,分析钢索塔的纵向加劲肋的间距、厚度、宽度对钢索塔第一类稳定的影响,得到肋板参数的合理取值.     

多型负泊松比材料-结构协同设计

为提高负泊松比材料的刚度性能,同时保证负泊松比材料的冲击吸能特性,提出材料-结构协同优化设计,以泊松比最小为目标,微观材料设计区域各单元的相对密度为设计变量,优化得到多种体分比下的最优微结构,同时基于刚度最大的优化目标得到宏观结构的材料分布,根据宏观最佳材料分布来指导各微结构间的排列组合,建立多型微结构负泊松比材料模型。仿真结果表明：与单一型负泊松比材料相比,多型负泊松比材料有较好的刚度增强效果和更好的能量吸收能力。     

积雪环境下复合护套瓷腕臂绝缘子电场优化仿真分析

中国铁路既有线路广泛应用瓷绝缘子,瓷绝缘子春冬季容易出现"雪闪"问题,为预防"雪闪"发生,提高牵引供电可靠性,以QBG-25型棒式瓷绝缘子为基础,设计一种腕臂复合瓷绝缘子.基于电磁场理论,搭建有限元仿真模型,以绝缘子伞裙沿面平均电场强度作为电场畸变程度特征参数和优化判据,分析平、斜安装腕臂绝缘子在两种积雪机制和三种污秽...     

倒装式柔性基层路面结构疲劳性能灰关联分析

利用有限元软件建立多个不同的倒装式路面结构模型进行计算,并将计算结果导入到nSoft软件进行疲劳分析,得到不同倒装式路面结构模型的抗疲劳性能。根据灰色关联分析理论,对得到的不同倒装式路面结构的抗疲劳性能进行灰关联分析,得出各倒装式路面结构参数对倒装式路面结构抗疲劳性能影响程度的依次顺序。研究结论对以提高倒装式路面结构抗疲劳性能为目标的路面结构调整有一定的指导作用。     

粒子群算法在结构非概率可靠性优化中的应用

为了解决实际工程中不确定性结构的可靠性优化问题,建立了以结构非概率可靠性指标和横截面积为约束条件、最小化结构质量为目标的优化模型.利用非概率集合理论中的凸模型方法,求出可靠性指标,提出了基于粒子群算法的结构非概率可靠性优化方法.算例分析结果表明:与参数取平均值时的结构确定性优化方法相比,容许非概率可靠性指标为零时的结构非确定性优化方法得到的结构质量误差仅为0.009%.随着容许非概率可靠性指标的增大,桁架结构横截面积及质量也相应增大;当容许非概率可靠性指标为1.5时,与梯度投影法优化结果相比,利用该方法优化后的结构质量减少了0.323%.     

倒装式桑性基层路面结构疲劳性能灰关联分析

利用有限元软件建立多个不同的倒装式路面结构模型进行计算，并将计算结果导入到nSoft软件进行疲劳分析，得到不同倒装式路面结构模型的抗疲劳性能。根据灰色关联分析理论，对得到的不同倒装式路面结构的抗疲劳性能进行灰关联分析，得出各倒装式路面结构参数对倒装式路面结构抗疲劳性能影响程度的依次顺序。研究结论对以提高倒装式路面结构抗疲劳性能为目标的路面结构调整有一定的指导作用。