高速列车底部结构参数对气动噪声影响规律

为更好地开展高速列车气动降噪设计，建立了高速列车头车第一组转向架区域的6参数模型，采用计算气动声学和拉丁超立方抽样实验所设计的方法，得到了13个参数化模型的远场气动噪声、转向架舱内湍流脉动功率级和声功率级，并分析了底部结构参数对远场和近场气动噪声的影响规律.结果表明：底部结构参数对远场噪声影响范围为75.4～78.9 dB(A)，裙板高度、排障器厚度、转向架舱后缘倒角和舱长度与远场噪声为负相关，舱前缘倒角、排障器前缘夹角与远场噪声为正相关，底部结构参数的变化主要影响中心频带315～1 250 Hz间的噪声能量；排障器厚度和前缘夹角与远场噪声、舱内湍流脉动功率、声功率均为负相关；裙板高度和远场噪声、舱内湍流脉动功率级为负相关，与舱内声功率为正相关.     

结构声辐射边界元声学灵敏度研究

声学灵敏度反应了结构振动引起的辐射声压与结构表面法向振动速度之间的关系.分析了基于边界元法的结构振动声辐射计算原理,推导了声学敏度.用有限元法计算结构动力学响应,以有限元法计算的结构振动速度为边界条件,基于边界元法计算结构振动幅射的声压及声压对振动速度的灵敏度.以一六面体的振动为研究实例,得到了其振动的外场声压及其对结构振动法向速度的灵敏度.结果表明声学灵敏度只与结构几何形状及设计域点的位置有关.     

基于背门约束系统的车内低频轰鸣声控制

汽车背门一般通过铰链、锁销、缓冲块等约束系统安装和固定在车身上,其刚体模态振动与车内声腔声压耦合,是导致低频轰鸣声的主要原因.本文建立了背门振动-乘员舱声压的一维板-腔耦合声学解析模型,分析研究了边界约束刚度对板件振动速度响应及腔内耦合声压的影响规律,并进行了实车实验验证;通过调节锁销相对位移和缓冲块相对高度,解决了某车型低频敲鼓声问题.分析结果表明：在板件刚体模态振动下,腔内耦合声压幅值沿远离板件方向逐渐增大,且在声腔底部位置最大;板件振动速度相应及腔内耦合声压峰值幅值随边界约束系统刚度减小而降低;在低频轰鸣发生的20～30 Hz频率范围内,乘员舱前排位置声压峰值幅值比中排及后排位置大约8 dB(A),验证了理论分析结果的正确性;乘员舱内耦合声压峰值幅值随着锁销相对位置的增大和缓冲块相对高度的减小而降低,锁销相对车身向车尾方向增大2 mm或者缓冲块相对高度减小2 mm,可以使背门振动速度减小约0.002～0.003 m/s,前排声压峰值幅值降低3.5～14.8 dB(A).     

低速风洞拐角段的流动控制减阻研究

采用k-ε湍流模型对具有不同空间布局及数量导流片的低速风洞拐角段进行了三维全流场数值分析,得到减阻抑振的导流片空间布置参数.研究表明,导流片的布局、数目、弦长对拐角段导流片压力分布、涡量分布及全流场速度分布均会产生直接影响.通过不同安装形式的拐角段导流片对比分析,8片等差间距布置各导流片均具有较均衡的低阻力系数(均在0.5左右)和低脉动升力系数(均在0.4左右),具有更好的减阻减振效果从而提高整体结构的使用寿命,并得到了更均衡的流场品质.     

高速铁路箱梁桥-声屏障结构振动噪声初探

声屏障是轨道交通重要的降噪措施之一,但在列车经过时声屏障同样会产生振动成为向外辐射噪声的声源.以内折型声屏障为研究对象,将其简化为适用于声学计算的板壳单元,通过建立高架线路结构的有限元模型,以中国高速铁路无砟轨道谱作用下的声屏障以及箱梁桥-声屏障的动力学响应作为声学边界条件,基于有限元-边界元理论分别求解单独声屏障和箱梁桥-声屏障的声辐射特性,初步探究了声屏障对高架路段结构声辐射的影响,在此基础上进一步考虑了地面反射的作用.研究结果表明:声屏障的振动形式主要表现为水平局部振动以及垂向整体振动,水平局部振动对自身结构噪声辐射的影响最大,其结构噪声集中在0～180 Hz的低频段,与桥梁结构噪声频率范围重合度较高;桥梁上安装声屏障后的振动分布发生明显地改变,使得声压在部分频段内降低,周围声场的分布也发生了明显变化而且总体上声压增加了1～2 dB;刚性地面的反射会使整个声场的声压增大,声压增加值最大可达5 dB.因此,声屏障对高架线路的整体结构声辐射能够产生很大的影响,考虑地面反射的作用后更加显著.     

基于波数积分的点声源海底地震波计算方法研究

将舰船地震波简化为液固多层半无限空间低频点声源引起的地震波动问题,基于波数积分方法,通过FFP数值积分求解了海底表面声压、位移和加速度幅值,得到了海底表面声压、位移和加速度的频率特性曲线.对硬质和软质两种海底条件下远场海底地震波信号特征的分析结果表明:随频率增大,海底表面声压的传播损失逐渐增加;软质海底的位移、加速度总体上比硬质海底大;和硬质海底相比,软质海底更有利于声源较低频率成分的传播.     

基于有限元法对不同厚度混凝土墙的隔声量分析

以结构厚度为基本参量,分析其对隔声量的影响.利用有限元法对不同厚度的混凝土墙的隔声量进行计算分析,得到结构厚度对单层墙隔声量的影响规律.研究结果表明：不同厚度结构的透射声压随着距离的增加逐渐减弱.低频段,厚度与透射声压之间成反比关系;中高频段,透射声压增大,场点上的声压值随频率的变化呈现出复杂性.与高频段相比,低频段隔声量变化相对平缓.     

异步电动机的微机矢量控制系统

本文根据滑差矢量控制原理,将一恒转差控制的电流型逆变器异步电动机控制系统改进成为滑差矢量控制系统,并用一台单板机控制.为消除脉动转矩对电机运行性能的影响,系统在低频时以 PWM 方式工作.文中还给出了当逆变器由一种工作方式向另一种工作方式转换时,为保证异步电动机定子电流的相位不发生跳变的控制方法.     

铁路客车结构-声耦合系统的声学特性

随着轨道车辆行业的高速发展,客车室内的噪声特性已成为衡量其质量的重要标志之一.由于车室内噪声不仅与结构的振动特性有关,还与系统声学特性有密切关系.为此以某型客车为研究对象,创建了客车室内结构—声耦合的有限元模型,分别对车身结构模型、室内空腔声学模型以及车体结构—声耦合模型进行了模态分析和频响分析,研究室内低频噪声的形成机理,得到室内声场的分布规律,可为提高室内低频噪声品质而进行的声学设计研究提供依据.     

潜艇螺旋桨直接辐射噪声的数值计算

采用计算流体力学与声学边界元方法相结合求解了潜艇尾部大侧斜螺旋桨的直接辐射噪声.与一般螺旋桨噪声计算不同的是,螺旋桨非定常计算时引入了潜艇尾部桨盘面的速度分布作为非均匀来流,能够提供更加真实的螺旋桨脉动压力源场.提取桨叶表面的声偶极源项后,采用边界元方法,求解FW-H方程,得到了螺旋桨空间测点的声压谱和总声级.桨盘面速度分布由全附体潜艇粘性流场数值计算得到,其可信性由艇体表面的压力系数与试验值的比较给予了验证.螺旋桨数值模型的可信性由敞水特性预报值与试验值的比较进行了验证.     

非均匀流场中螺旋桨水动力及噪声特性预报研究

根据螺旋桨的型值参数,在Fluent前处理器ICEM中建立流场的网格模型,采用计算流体力学（CFD）理论,结合雷诺平均纳维-斯托克斯（RANS）方程计算了螺旋桨的水动力特性.利用滑移网格技术对非均匀来流下的螺旋桨的水动力进行大涡模拟计算,并结合FW-H噪声模块对螺旋桨的无空泡噪声进行了数值预报.流场预报结果显示,流场的非均匀性导致螺旋桨水动力系数的脉动存在一定的周期性,且整个螺旋桨的水动力系数与单个桨叶之间存在一定的倍数关系;声场结果表明,低频离散噪声远大于高频噪声,噪声衰减速度随频率增大而减小,螺旋桨轴向和径向衰减速度随着距桨盘面中心的距离增大而减小,且轴向声压级低于径向两侧.     

沙质海床形态变化对波浪变形影响的试验

利用水槽试验模拟浅海沙床进行试验,观察波浪和沙床互相作用及其对各自形态变化的影响。通过数据采集及定义两个参数K1（波高变化率）和Kz（沙坝高宽比）的数据处理方法,研究试验现象发生的原因并归纳出规律。试验中海床模型由中值粒径为0．47mm的原型沙铺设而成,坡度为1：20。研究结果表明：波浪在斜坡上的传播受到斜坡高程变化的影响。波浪传播距岸越近,斜坡高程越高,波高越大,同时波峰变尖,波谷坦化。在波浪作用下,底床形成沙纹和沙坝,沙纹和沙坝床面形态的不规则性将对波浪上爬产生一定的阻力,导致平均波高在破碎前减小,最大平均波高发生位置移动,相对波高变化率K1和沙坝高宽比K2之间成正比关系。     

超高层建筑气动噪声场的大涡模拟

为揭示超高层建筑气动噪声产生的机理及空间分布特征,利用大涡模拟,在大气边界层内求解超高层建筑绕流场,结合FW-H （Ffowcs Williams-Hawkings）方程的声类比法进行了超高层建筑周围声压场的数值模拟. 研究发现:超高层建筑每个面均是偶极子声源,气动噪声是由建筑表面的偶极子声源产生,且受建筑表面风压主导,顺流向和横风向的脉动压力分别主导相应方向的声场辐射强度; 气动噪声沿高度方向先增大后减小,在0.7倍建筑高度附近噪声达到最大值; 在相同高度和离建筑表面相同距离的不同空间点,当空间点面对建筑迎风面时总声压级最大、背风面次之,侧风面最小; 随着空间点与建筑距离的增大,空间点总声压级快速衰减,且横风向较顺风向衰减更快. 研究认为:大涡模拟和声类比相结合的方法能合理预测超高层建筑的气动噪声;优化气动外形,降低建筑表面风压是降噪的最有效途径.      

Annealing effect and stability of carbon nanotubes in hydrogen flame

Annealing of carbon nanotubes (CNTs) by the hydrogen flame in air was investigated in this study. Raman spectroscopy and scanning electron microscopy were used to characterize the products. The peak width of Raman spectra decreased with the increase in the annealing time. The CNTs were not stable in the hydrogen flame and the etching rate of the CNTs by hydrogen flame was very high. The hydrogen flame annealing had some effects on improving the crystallinity of CNTs.     

Numerical study of wave loads on a caisson-pile-deck composite structure over permeability seabed

To get the accurate wave loads on wharf composite structure, the wave force on small-scale piles and the uplift force on lower surface of caisson must be considered. Based on the Reynolds averaged Navier-Stokes (RANS) equations, the pore media theory and the volume of fluid (VoF) method, a three-dimensional numerical model is established. The model has been developed to simulate wave interaction with a composite structure including caisson, piles and deck. The numerical results agree very well with the experimental data on total force. The spatial distributions of the non-dimensional wave height and the maximum of wave pressure on surface of composite structure are presented and discussed. The effects of relative caisson length, relative wave height and relative caisson height on horizontal wave force are given. The result indicates that the horizontal wave force achieves maximum value at the relative caisson length of 0.18 and increases linearly with the increase of the relative caisson and wave height. It is proved that the model is an accurate and efficient numerical tool to investigate different problems of wave-structure interaction.     

Research on geological structure inversion method with acoustic computed tomography and borehole data

This article firstly proposes two problems related to geological structure inversion with acoustic computed tomography (CT): ① the results surveyed are different from true stratum layers; ② the existing acoustic CT inversion methods are based on wave’s travel route and velocity analysis, which is short of comprehensive analysis of the revealed geological data. Then, it puts forward the method of applying the borehole data to revise acoustic CT investigation result through controlling the boundary velocity. This method comprehensively uses acoustic data and borehole data to invert the rock masses’ shear wave speed. Comparing to calculating the rock mass’ wave speed with acoustic data alone, it makes full use of the information, and the results obtained are closer to real stratum. Finally, it applies the method to engineering project and the results gotten with the method are more accurate, which shows the reliability and accuracy of the method.     

时速600 km磁浮列车驶入隧道时初始压缩波特征的数值模拟

为分析高速磁浮列车驶入隧道时产生的初始压缩波特征, 采用三维可压缩非定常流动的N-S方程和SST κ-ω湍流模型, 基于重叠网格法和有限体积法, 以国内正在研发的时速600 km高速磁浮列车头型为研究对象, 建立了高速磁浮列车驶入隧道的计算模型, 通过分析距隧道进口端内不同距离横截面上不同测点的压力及压力变化率, 得到了车头驶入隧道洞口初始压缩波的空间分布特性和传播特性, 以及不同速度对初始压缩波波动幅值的影响。研究结果表明: 初始压缩波在列车驶入隧道前开始形成, 形成初期具有三维特性, 在隧道截面同一高度上, 靠近车体一侧的初始压缩波压力要比远离车体一侧大; 在隧道截面同一侧, 靠近车体一侧高度越低, 初始压缩波压力越大, 而远离车体一侧初始压缩波压力与高度无关; 当列车驶入隧道一定距离后, 在列车头部前方约36 m处隧道内同一断面处压力相同, 初始压缩波由三维波变成一维平面波; 在列车流线型头部驶入隧道约0.15 m时, 位于隧道300 m测点处的初始压缩波的压力变化率达到最大值; 列车速度越高, 初始压缩波压力峰值越大, 位于隧道100 m处测点的初始压缩波的压力峰值与列车速度的2.5次方近似成正比, 压力变化率峰值与速度的3次方近似成正比。      

落石冲击力评定的离散元颗粒流数值模拟

为使落石冲击力评定更合理、有效,以离散元模型(DEM)为理论基础,利用颗粒流(PFC)单元法研究垂直下落条件下落石对结构的冲击力,分析了落石高度、重力及回填土厚度对冲击力的影响规律.将PFC数值模拟结果与其他几种落石冲击力计算方法所得结果进行比较,结果表明:落石冲击力与落石高度及重力均呈明显的线性关系,落石冲击力随落石高度线性变化幅度与落石重力有关,而落石冲击力随落石重力线性变化幅度与回填土厚度有关;回填土厚度为0.6 m时的冲击力比无回填土时减小50%~60%,回填土厚度大于2.0 m时,缓冲幅度趋于稳定,说明回填土厚度有一个合理范围,超出时,结构总荷载会增大;离散元颗粒流数值模拟方法通过阻尼设置来模拟空气在落石下落过程中产生的作用,使得在评定大体积落石从较高高度下落时产生的冲击力更加合理.      

全压式交变机的设计与试验

由于目前活塞往复式交变试验机无法对气体介质压力仪表、真空仪表、正负压压力仪表及差压类压力仪表在静压环境下进行交变试验,设计了能在上述环境下进行交变试验的全压式交变机. 首先按照一般压力表、精密压力表和数字压力计型评大纲中对交变试验要求的上限、下限、频率和次数等参数进行分析;其次通过对可产生正弦压力波的发生装置进行选型,通过计数器采集正弦波频率,并控制进气电磁阀在规定的交变次数内试验自动停止. 样机试验结果表明:通过可控进、出气电磁阀产生的压力正弦波上限、下限和频率范围覆盖型评大纲要求的范围,上、下限控制误差不大于0.3%;通过可控进、出气流量阀控制的交变频率误差为型评大纲要求的不大于 ± 5次/min;计数模块统计次数与实际试验次数一致.