Method for obtaining the wheel–rail contact location and its application to the normal problem calculation through ‘CONTACT’

This work presents a robust methodology for calculating inter-penetration areas between railway wheel and rail surfaces, the profiles of which are defined by a series of points. The method allows general three-dimensional displacements of the wheelset to be considered, and its characteristics make it especially suitable for dynamic simulations where the wheel–rail contact is assumed to be flexible. The technique is based on the discretisation of the geometries of the surfaces in contact, considering the wheel as a set of truncated cones and the rail as points. By means of this approach, it is possible to reduce the problem to the calculation of the intersections between cones and lines, the solution for which has a closed-form expression. The method has been used in conjunction with the CONTACT algorithm in order to solve the static normal contact problem when the lateral displacement of the wheelset, its yaw angle and the vertical force applied in the wheelset centroid are prescribed. The results consist of smooth functions when the dependent coordinates are represented as a function of the independent ones, lacking the jump discontinuities that are present when a rigid contact model is adopted. Example results are shown and assessed for the normal contact problem for different lateral and yaw positions of the wheelset on the track.     

考虑沥青路面材料参数空间差异性的解析计算及影响分析

复杂服役环境下沥青路面的材料参数存在明显的空间差异性,具体表现为沿深度的模量梯度分布与非连续层间接触以及横观各向同性,实现其解析计算对现有的沥青路面力学响应分析及结构设计方法具有重要的参考价值。为此,从弹性力学基本方程出发,基于状态空间法,推导了具有指数模量梯度的横观各向同性弹性层状体系通解;在此基础上,基于波传递方法,将状态向量转换为波向量,并结合边界条件和层间条件,建立了考虑沥青路面材料参数差异性的多层路面结构解析解;然后借助MATLAB平台编制了数值计算程序,采用文献对比、BISAR程序以及有限元软件ABAQUS验证了该解析解的精度与效率;最后结合典型数值算例,阐述了该解析解在沥青Top-Down开裂和传统路面疲劳损伤分析中的应用。理论推导和数值计算结果表明：该解析解摆脱了弹性力学问题求解对应力函数的依赖性,并且借助波传播方法,避免了求解中正指数过大对求解精度的影响,并使得边界条件和不同层间接触关系的描述更加便捷;沥青路面材料参数的空间差异性不可忽视,沥青面层连续模量梯度会造成更大的路表拉应力和最大剪应力,进而加剧沥青路面的Top-Down开裂;而横观各向同性和层间接触状态间存在耦合效应,从而会加剧沥青路面的疲劳损伤。     

计及移相角的多边形自耦变压器12脉波整流系统分析

多边形自耦变压器一定程度上减小了整流系统的体积,节约了变压器制造成本。为使多边形自耦变压器输出较大的二次侧电压值,优化多边形自耦变压器移相角,分析多边形自耦变压器移相角对12脉波整流系统输入侧电流谐波总畸变率,输出侧电压纹波系数,变压器、平衡电抗器、零序电流抑制器等效容量的影响;对比移相角在π/6、π/2时各个参数的值;提出适用于升压场合的多边形自耦变压器升压移相角;仿真实验验证了理论分析的正确性。同匝比时,多边形自耦变压器采用新移相角其输出电压幅值约为输入电压幅值1.4142倍,等效容量约为62.8%,较传统隔离式变压器等效容量小约37.2%。     

表面选区强化对钢轨波磨处轮轨滚动接触行为的影响

层流等离子体表面强化技术可大幅提高钢轨表面的硬度和耐磨性。为了揭示强化处理对轮轨滚动接触行为的影响,建立同时考虑钢轨表面选区强化和短波波磨的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,数值计算了车轮高速滚过一个波磨周期的轮轨力、接触斑黏滑分布和残余应力应变。对比发现:表面选区强化对轮轨力和接触斑黏滑分布的影响较小,不影响钢轨承载性能;对钢轨表面残余应力应变分布的影响明显,残余应力主要集中在屈服强度较高的强化斑内而残余应变主要集中在韧性较好的基体材料上,表面选区强化有效结合了强化斑和基体材料的力学性能,形成了一种强韧的良好匹配。结果可为现场生产服务提供一定的理论指导和应用参考。     

第三轨供电系统中受流器与第三轨的接触压力及其对受流性能的影响分析

介绍了第三轨受流器的结构原理。分析比较了弹簧式和气压式受流器与第三轨接触压力调节方式的特点。基于电接触基本理论详细的阐述了受流滑板与第三轨接触区的导电机理。接触区域的导电电路由无数微小的电阻及电容并联而成,接触压力通过影响微小电阻、电容的数量比例,进而影响接触面上的导电能力和磨损性能。标称静态接触压力的设计值接近或等于法向压应力临界值时,导电能力和磨损特性取得均衡。     

地铁联络通道涌水涌砂治理技术研究

针对西安地铁联络通道施工过程中出现的涌水涌砂情况,从地层、坑底突涌稳定性验算,旋喷桩加固、降水井施工等多方面进行了分析,并制定了相应的方案,即通过初支加固、涌水点多次反压,增设降水井、组合浆液注浆、监测等方式进行处理,涌水得到了有效控制,并确保了后续未完成工程的安全。     

质子交换膜燃料电池接触电阻研究进展

质子交换膜燃料电池(PEMFC)接触电阻问题是制约其商业化发展的一个重要因素。影响接触电阻的因素可归纳为电池材料、组装参数、工作参数和其他因素。本文主要介绍了PEMFC的接触电阻及其影响因素,并综述了降低接触电阻的方法。     

船舶结构的搁浅数值仿真研究

文章用数值仿真法研究了船舶结构搁浅中的内部力学问题,分析了典型双层底结构的损伤变形、受力和能量耗散结果。研究表明,损伤变形集中于搁浅的区域,搁浅力学问题主要考虑局部的船体结构;肋板的存在显著地增加船底结构的抗搁浅能力,使礁石的垂向贯入量会略有减小;当纵桁远离搁浅区域时,它的吸能能力无法发挥,抗搁浅作用明显削弱。     

中心斜裂纹矩形薄板的极限断裂强度分析

对具有中心穿透斜裂纹在弹性断裂和完全塑性断裂两种破坏模式下的断裂强度进行了分析.在弹性破坏模式下,利用应变能密度因子准则对不同的裂纹倾斜角和不同的矩形板长宽比对斜裂纹的初始扩展角度的影响进行了数值计算和讨论.对于延性材料的完全塑性断裂模式,利用弹塑性有限元对不同裂纹倾斜角下的矩形板的极限拉伸强度进行了分析,并对中心穿透裂纹拉伸强度简化计算公式进行了考虑裂纹倾斜角度的修正.     

基于EMD的矢量水声器方位估计算法

对经验模态分解算法(EMD算法)进行深入研究,对其基本原理、基本性质以及存在的问题进行分析。为改善EMD算法在方位估计的精度,减少高频噪声、间断干扰的影响,本文采用Hilbert-Huang变换方法来消除模态混叠现象。实验结果表明,本文提出的基于EMD的矢量水声器方位估计算法,能够有效提高方位估计的精度。