重载组合列车纵向动力学及安全性问题研究

简要梳理我国重载组合列车纵向动力学综合试验和数值仿真研究方法；分析列车管减压量、缓解速度、线路坡度、电制力、列车编组方式、Locotrol同步作用时间等因素对列车纵向动力学的影响规律和作用机理；研究中部从控机车及其钩缓装置受压稳定性、电制侧向过岔安全性等安全问题的产生原因、作用机理和影响因素；提出重载组合列车安全技术提升策略，以提高我国重载列车运行安全性。     

建模技术在涡轮增压汽油机中的应用

一维发动机建模精度和计算速度的提高使发动机在开发过程中可以更大程度地依赖这种仿真技术。建模的效益体现在诸多方面：增加模拟迭代次数,以实现更好的优化;减少硬件原型迭代数,以缩短项目开发的时间和降低总成本。在最初设计阶段和整个项目中,都采用涡轮增压发动机系统的一维GT—Power模型进行辅助设计。该模型是采用Chrysler集团预测燃烧和爆燃的专利建模软件开发的。在这个项目的所有阶段,通过对预测结果与测功器数据进行系统地研究,提高了模型的精度。研究重点是通过一维GT—Power模型优化与测功器试验相结合,选择发动机压缩比和涡轮增压器,并减小各循环间变动和缸内变动。在出现上述变动时,发现从进气门和排气门倒流的残余废气、冷却的再循环废气、空气与燃油的混合气（仅针对进气道燃油喷射发动机）在本循环及下一个循环被重新分配到每个气缸。因此,进气门和排气门的倒流是导致在每个气缸中产生变动的主要因素之一。据此,通过一维GT—Power模型优化,并结合气门设计工程师的输入参数,设计了1组新的气门升程曲线。结果表明,使用该方法后,在燃油耗、废气再循环耐受性和发动机稳定性及发动机性能改善方面均产生了效益。     

燃料的混合特性对天然气发动机性能的影响

评价了各种供油条件下单缸火花点燃式发动机燃用天然气时的性能和燃烧特性。在同一台发动机上,采用激光诱导荧光法测定进气行程缸内燃油的分布,并分析了燃气状态。通过调整喷嘴在进气道的位置,控制混合气形成及其对发动机性能、尤其是热效率和氮氧化物排放的影响。     

低温氧化反应对均质压燃中着火控制的应用

着火定时是采用均质压燃方式发动机实现理想燃烧的一个重要因素，应对其加以准确控制。研究中应用了以低温氧化反应特性来控制着火定时的方法。在一台带可变容积副燃烧室的单缸发动机上燃用不同组分的燃料，在不同的发动机转速下进行了试验，测得的着火定时结果显示出不同的趋势。这些趋势揭示了低温氧化反应的范围。应用该特性所做的发动机试验表明，可以进一步改善不同发动机转速下着火定时的稳定性。     

高效汽油机用的电晕放电点火系统

为了进一步降低燃油耗,未来的汽油机将以稀薄空燃混合气和较高的平均有效压力运行。Federal—Mogul公司面临这一挑战,并开发出一种电晕放电点火系统,目的是在高平均有效压力下能可靠地点燃过量空气系数大和废气再循环率高的混合气。发动机试验表明,这种新型点火系统具有高达100A的直接节油效果。     

利用进气流控制降低燃油耗和排放的研究

近年来，车用发动机不断追求高功率和低燃油耗，所以对能二者兼顾的可变进气流技术进行了模拟计算（流体动力学计算）和实机试验。通过部分阻挡进气歧管，使进气流偏向，从而改善燃烧和燃油耗，并用实车道路试验来验证改善燃油耗的效果。关于排放，以减少冷起动HC排放为目标，进行配组试验。特别是通过测量燃烧辉光，从表示油滴燃烧状况的后辉光分布与HC的关系着手进行分析。部分阻挡进气歧管后强化了空气流动，使燃油液滴分布明显偏向，致使HC排放增加，但形成能抑制油滴壁面附着的进气流时，发现后辉光和HC有所减少。     

一种同时降低直喷式柴油机碳烟和氮氧化物的新喷油策略的研究

直喷式柴油机燃烧时碳烟生成的一个主要来源是液态燃油或很浓的空燃混合气与火焰的相互作用,这种现象在现代直喷式发动机中尤为明显。由于噪声原因,这种发动机通常将喷油分为预喷油和主喷油。预喷的燃油着火后,由于主喷燃油直接喷向已经燃烧的气缸区域,部分主喷燃油会与仍处于液相的火焰相互作用,这就导致大量碳烟的生成。采用空间分离喷油来克服这一问题,一方面能减少燃烧早期的碳烟生成,另一方面能增加燃烧后期的碳烟氧化。特别是采用了一种能按照所述方法自由改变喷油的结构。因此,在一台重型单缸试验发动机的气缸盖上安装了一个辅助共轨喷油器。用辅助喷油器将预喷燃油喷入燃烧室中央,而主喷燃油则采用7孔喷油器按传统方式进行。在第一阶段,采用三维计算流体动力学的KIVA-3V程序模拟空间分离的预喷燃油和主喷燃油混合气形成,以获得混合气形成的第一印象。然后,用该单缸发动机研究新喷油策略对燃烧过程本身的影响,采用气缸压力显示、排气分析以及双色法来观察燃烧过程中燃烧室内的碳烟生成和碳烟氧化,并与传统发动机的运行作了比较,以评定发动机的运行特性,评估其降低排放的潜力。     

大缸径燃气发动机燃烧系统的开发

由于环保以及经济原因,大缸径燃气发动机,尤其是中速机正在引起越来越多的关注。除了发电用途外,这种发动机也在海运和铁路运输领域发挥了很大的作用。除了必须满足严格的排放法规外,发动机可达到的燃料经济性水平也是客户考虑的关键因素。文章分析了大缸径燃气发动机特定的应用要求。由于其独特的应用要求,发动机燃烧系统的设计更具挑战性。与客车和商用车发动机不同,大缸径燃气发动机需要一种截然不同的设计理念。文章重点描述了FEV公司预燃室燃烧系统的开发。为开发该燃烧系统,在单缸发动机上将既有的CMD方法与试验进行了有机结合。依据CMD所进行的预燃室设计,开发进程因测试变量数量的减少而明显缩短。经系统优化后,较好的燃烧稳定性可将BMEP值控制在30 bar范围内。通过参数的调整,仿真和试验结果之间建立了良好的相关性,而且还明确了预燃室结构改变对试验结果的影响。     

重型柴油机部分预混合燃烧的燃烧特性研究

部分顸混合燃烧（PPC）在燃烧可控性高和排放特性方面接近于均质充量压燃发动机。为了实现PPC,滞燃期必须足够长,以使燃油在燃烧前与空气充分混合。喷油需足够早,同时采用高废气再循环（EGR）率,以获得较长的滞燃期。为了明确PPC的原理,创建了燃烧特性随喷油定时、EGR率变化的脉谱图。在一台6缸重型柴油机上进行燃烧特性的研究,喷油始点由早到晚变化,EGR率的范围也很大。在参数扫描期间监控发动机的排放情况,在低排放、高效率的最佳区域内,研究了喷油压力和发动机转速对燃烧的影响,以获得对燃烧更全面的了解。     

横风下车体横向振动对车辆倾覆影响的研究

利用数值仿真方法研究了车辆横向振动加速度振幅、频率对横风条件下车辆倾覆性能的影响,通过与线路运行试验测得的数据进行对比,验证了振动加速度最大值修正方法的正确性。     

刚性接触网下120km/h地铁列车弓网燃弧分析

针对广州地铁3号线北延段刚性接触网下120 km/h地铁列车弓网连续燃弧问题,分析了燃弧产生原因,建立弓网系统仿真模型,从受电弓、接触网两方面进行仿真计算,提出适合120 km/h地铁列车运营的受电弓和接触网参数。通过运营线路试验验证,取得良好效果。     

镜面混凝土质量影响因素及结构稳定性研究

为揭示镜面混凝土质量影响因素及结构稳定性问题,以河南洛宁泄洪排沙隧洞二衬镜面混凝土结构为研究对象,通过正交试验测试不同配合比条件下不同振捣频率对镜面混凝土表观质量和强度影响,分析振捣工艺对镜面混凝土表观质量提升效率;应用数值模拟软件进行模拟计算,并结合现场监测数据对结构稳定性进行验证。结果表明：(1)振捣频率对混凝土质量影响为多因素耦合作用,100～200 Hz高频振捣可显著减少气泡产生,振实后的混凝土其回弹强度最高可提高至69 MPa;(2)提升振捣工艺可大幅提高混凝土外观质量,并有效改善混凝土施工质量;(3)仿真计算结果验证了镜面混凝土作为衬砌结构的可行性与稳定性。     

活塞环摩擦学特性在下一代弹性燃料发动机上面临的挑战

目前,随着可再生生物燃料的使用,考虑到从种植、燃料生产到汽车使用的整个生命周期,乙醇在弹性燃料汽车上的应用被认为是低二氧化碳排放的代用方案。在巴西,80％以上的量产汽车都使用弹性燃料。由于乙醇热值较低,为了获得相同的发动机功率,与汽油相比,乙醇的燃烧标定更为激进。这种燃用乙醇时不断增加发动机比功率的需求所产生的机械热负荷对活塞环摩擦学特性是一种挑战。乙醇的使用也带来一些特定的未被明确的摩擦学差异,如燃料稀释润滑油（尤其是在冷起动时）,以及具有腐蚀性的工作环境等。在特定的驾驶条件下,曾观察到氮化钢的第1道活塞环表面剥落等早期失效情况。当采用乙醇运行时,弹性燃料发动机呈现更高的最高燃烧压力,并且该峰值出现在曲轴转角上止点附近。这种状况增加了活塞环的磨损、擦伤的风险及摩擦学上的困难,这些都可能导致氮化层的裂纹及剥落。从摩擦学角度探讨弹性燃料发动机的第1道活塞环性能。讨论了弹性燃料发动机使用乙醇后对第1道活塞环的磨损、擦伤、氮化层剥落及摩擦等特性的影响。用发动机试验来评定耐磨损性和耐剥落性。有关擦伤,进行了环块法摩擦磨损试验,并给出了活塞环的涂层分级。还讨论了第1道活塞环的摩擦特性及对燃油耗的影响。给出了发动机浮动气缸套的试验结果。最后,讨论了克服这些挑战的活塞环技术方案。其中,有改进氮化处理以增加韧性的钢制活塞环,以及应用一种物理汽相沉积涂层,以提高耐磨损性和摩擦特性。介绍了一些摩擦试验台和发动机试验,以支持所讨论的技术方案。发动机试验基于严酷程序,目的是证明或预测弹性燃料发动机燃用乙醇时对性能的影响。     

基于不同标准内容的变流器柜体结构仿真分析

以某动车变流器为例,对JIS、IEC、TB标准规定的试验条件进行了数值模拟,试验与现场应用情况验证了仿真的可行性。通过仿真手段来研究标准内容的变化,有助于深刻理解标准,为变流器的结构设计和试验验证提供指导。     

钢筋混凝土T形桥墩盖梁开裂若干问题的探讨

针对钢筋混凝土T形桥墩盖梁开裂问题,以某城市大型立交桥中钢筋混凝土T形桥墩的检测试验结果为基础,采用三维仿真数值模型,分析了钢筋混凝土T形桥墩盖梁的开裂机理。研究结果表明:钢筋混凝土T形桥墩的盖梁开裂问题,一般是由于其自身内部拉应力超出混凝土材料的抗拉强度允许值造成的,属于结构性裂缝,设计中应予以重视。这类桥墩盖梁的内部应力情况复杂,采用通常的空间杆系模型难以掌握其内部应力状态,设计中应采用三维仿真数值模型分析。此外,从盖梁开裂机理的角度,探讨了相应的设计对策。     

高速轮轨黏着机理的研究进展及其应用

轮轨黏着影响列车牵引和制动,对铁路运营效率和行车安全至关重要。论述国内外高速轮轨黏着的研究成果,包括仿真研究和试验研究进展情况。在仿真研究方面,介绍国内外轮轨黏着的理论模型发展和数值方法;在试验研究方面,介绍国内外的试验方法和试验结果。通过对轮轨黏着机理进行研究,揭示影响轮轨黏着的因素及其影响规律。分析现场存在的轮轨黏着方面的问题以及国内外轮轨黏着的控制与利用情况,包括最新的轮轨增黏措施和防滑防空转技术,并对高速轮轨黏着机理未来的研究方向进行展望。     

用于发动机开发的缸内测试技术

描述了用于揭示缸内过程的光学诊断技术。说明了可在缸内安装光学通路的可视化发动机的特点和激光诊断技术的原理。给出了典型的测试结果,如气体流动、燃油喷射、混合气形成、燃烧及燃烧产物。此外,探讨了光学诊断技术在发动机内部及外部废气再循环研究中的应用。     

2013年型Accord轿车用2．4L直列4缸汽油机的开发

全新开发的2．4L带智能可变气门正时及升程电控系统的4缸直喷汽油机是本田公司下一代机型,应用了带多孔高压喷油器的直喷系统,实现了低二氧化碳排放和高功率输出。对气缸盖进气道和燃烧室形状、喷油器喷雾形状,以及燃油喷射控制都进行了优化,以确保形成均质混合气,实现稳定、高效的燃烧。全新的发动机结构使摩擦也得到降低。新型发动机的功率和扭矩都增加10％,燃油耗则降低5％。配装新发动机的2013年型Accord轿车配合高效率无级变速器,以及改进后的底盘,使组合行驶工况燃油耗降低11％,并达到美国加州空气资源委员会排放法规中准零排放车级别的排放要求。此外,新结构的发动机减轻了质量．并通过优化气缸体刚度。使噪声一振动一平顺性性能优于旧机型。     

土工格栅拉拔试验与离散元数值模拟研究进展

为深入研究土工格栅的加筋机理,基于前人的研究成果,阐述拉拔试验中影响土工格栅与筋土界面特性的因素,介绍土工格栅和土体离散元建模以及拉拔荷载下筋土相互作用的可视化和量化分析结果,并提出有待深入研究的方向。研究表明：在试验研究方面,研究人员多采用传统试验方法,从试验边界条件、土工合成材料类型、土料类型及参数、加载条件等方面较为系统地研究各因素对筋土相互作用的影响;随着测试技术的发展,新型试验仪器可有效弥补传统测试方法的不足,并实现筋土界面作用分析的可视化。此外,离散元数值模拟是试验研究的重要补充,大量模拟结果可从细观层面更为深入地阐述筋土界面的作用机理。     

电气化铁路用压接式接触线电连接线夹试验分析与研究

从接触网用压接式接触线电连接线夹的技术条件、成型机理及影响因素等方面入手,利用理论计算和试验验证等手段,分析电连接线夹产生松脱及裂纹的原因。同时,对进口及国产电连接线夹的化学成分、物理性能、机械性能、电学性能和压接工艺进行了试验和研究,并提出改进建议。