冰区航行船舶冰阻力数值研究进展

冰阻力是影响船舶在冰区航行性能的关键因素。当前主要的冰阻力研究方法有经验公式法、模型/实船试验法和数值模拟方法。数值模拟方式能够对船舶破冰的全过程进行快速模拟,且模拟成本低,参数易于控制 、结果较为准确,是一种比较适宜的冰阻力预报方法。随着计算技术的进步,各种数值模拟方法层出不穷,其中包括基于网格单元的有限元模型,基于无网格方法的离散元模型、SPH法、近场动力学模型等;近年来,网格模型与无网格模型的耦合方法也逐渐发展起来。文章简要梳理了冰区航行船舶冰阻力数值研究的进展,并基于研究现状提出尚需进一步解决的问题,意在为进一步提高冰阻力数值模拟精度提供参考。     

水下滑翔机器鱼机构设计与运动性能分析

本文设计了一种具有仿生尾鳍的水下滑翔机器人混合驱动机构,通过内部质量块的平移、旋转、仿生尾鳍的偏置以及外部皮囊的伸缩可实现滑翔机器人的小半径三维螺旋运动。同时,建立了水下滑翔机器鱼的水动力学模型,得到了稳态螺旋运动方程,给出了俯仰调节机构质心位置、尾鳍角、横滚调节机构质心旋转角与转弯半径和垂直速度之间的关系,以及每种稳态螺旋运动所对应的输出变量初值的取值范围。所得结果表明,在俯仰调节、浮力调节、横滚调节和尾鳍驱动的共同作用下,水下滑翔机器鱼可以获得更小的转弯半径,因而机动性更好。所设计的水下滑翔机器鱼在河流和湖泊等环境的水质监测、水下柱形区域取样等领域具有潜在的应用价值。     

基于反步控制和神经动力学模型的带缆水下潜器航迹跟踪

为实现带缆水下潜器的航迹跟踪控制,对带缆水下潜器设计了运动学反步控制器和动力学滑模控制器,并引入生物启发神经动力学模型来平滑反步控制器中因跟踪误差较大,引起的输出速度跳变。对水下潜器折线路径跟踪进行仿真,并分析脐带缆对跟踪效果的影响。结果显示,所设计控制器的路径跟踪误差小,跟踪速度在初始阶段以及折线路径拐点处过渡平滑;脐带缆使跟踪效果变差。对带缆潜器这一刚性和柔性部件相互连接的水下运载设备而言,神经动力学反步滑模控制器能够较好地实现航迹跟踪,并有效克服传统反步控制器速度跳变的问题。     

基于系统动力学的港口吞吐量预测模型

将系统动力学方法应用于港口吞吐量预测模型。考虑了各种主要因素对港口吞吐量的影响，较好地解决了港口吞吐量预测方法中考虑系统因素较少的问题以及经济、社会发展水平的不确定性等影响港口吞吐量预测所产生的误差问题。采用宁波市港口各相关统计数据对模型进行了仿真和验证．结果证明该模型有效、可行。     

机电复合传动系统扭转振动主从控制方法

针对车用大功率机电复合传动系统(EMT)在负载波动和发动机力矩脉动等复杂激励作用下易产生冲击振动等问题,提出了机电复合传动系统扭振主从控制方法。该方法利用主从控制策略使两台驱动电机之间建立起耦合约束,通过优化虚拟杠杆系数改善EMT系统特性,实现低频扭振"削峰"。首先建立了混联式机电复合传动系统多自由度集中参数动力学模型,分析了系统固有振动特性。然后设计了HEV驱动控制和扭振主动抑制的串级控制架构。其次基于主从控制算法设计了EMT扭振主动控制算法(M-SAC),分析了杠杆系数对系统振动特性的影响,在MATLAB中进行仿真并与最优模态控制算法(IMSOC)进行了对比。结果表明,主从控制器参数与系统力学参数具有耦合关系,主从控制参数会改变系统共振频率点的位置,进而显著改变系统振动响应幅值。选择合适的控制参数可以实现EMT扭转共振幅值削峰,对提升系统的NVH性能具有重要意义。     

电驱动系统再生制动工况动力学特性研究

为研究再生制动过程中电动汽车驱动系统的动力学特性,在考虑静态传动误差、齿侧间隙和时变啮合刚度等基础上,进一步耦合轮胎扭转特性,建立了永磁同步电机-两级传动机构-轮胎的机电耦合模型,并进行试验验证。分析了轮胎扭转特性和再生制动转矩对电驱动系统动力学的影响。结果表明:轮胎扭转特性为电驱动系统引入了1阶新的模态,改变了系统1阶模态振型;再生制动转矩较小时,传动机构发生齿轮持续拍击现象;随着再生制动转矩的增加,拍击现象逐渐消失,但电磁转矩反向时传动机构动载荷逐渐增大。研究为电驱动系统动态载荷研究和寿命预测提供理论支持。     

基于汽车尾流分离识别与控制的气动减阻优化研究

尾端气流分离和尾流结构对汽车气动阻力的产生有重要影响,气动减阻优化开发需要有效的控制汽车尾端的边界层分离特性和尾涡的产生、发展及其流动规律.本文结合边界层控制方程和边界层分离原理分析了顺流向和横流向压力梯度对边界层分离和纵向涡的形成所起的重要作用,建立了通过两个方向的压力梯度识别气流分离和涡流形成的方法,并给出了通过矢...     

计及导向摆臂约束的重型货车驾驶室俯仰平面动力学模型

传统的重型货车驾驶室俯仰平面动力学模型没有考虑悬置导向机构的影响,仅能粗略计算驾驶室垂向和俯仰响应,无法计算驾驶室质心的纵向振动特性,因而其仿真精度较低,且在实际工程应用中受到了限制.为提高模型精度并拓宽其工程应用范围,创建了考虑导向摆臂约束作用的驾驶室俯仰平面动力学模型,分析了摆臂导向机构的约束特性.在此基础上,通过...     

不同轮胎模型的动力学应用研究

本文基于乘用车的动力学模型,采用同一款实物轮胎生成不同种类的轮胎模型,通过虚拟试验场的计算方式,研究了这些轮胎模型在动力学载荷计算过程中的一致性和计算效率问题.在轮胎试验测试数据的基础上,利用专业的轮胎模型辨识软件,生成了三种轮胎模型作为研究对象,分别是FTire模型、CDTire31模型和CDTire50模型.为了使...     

基于DEM-MBD耦合方法的路桥过渡段不均匀沉降研究

为了从细观力学机理上研究路桥过渡段的劣化规律及其影响因素,采用离散单元 (DEM) 法生成轨枕与道砟模型,并施加相位荷载,通过多体动力学 (MBD) 方法建立相互独立的路基弹簧,实现对路桥过渡段中路基刚度变化的模拟,进而建立轨枕-道砟-路基过渡段耦合模型,进行不同路基刚度、列车速度、轴重以及桩基加固下过渡段不均匀沉降研究。结果表明：列车荷载作用下,路桥过渡段中过渡路基区沉降最大,普通路基区次之,桥面路基区最小;当列车车速由 94 km·h^-1增加至 281 km·h^-1、轴重由 16 t 提升至 32 t 时,过渡段不均匀沉降分别增大 60.9% 和 259.4%,轴重的影响更为突出;当列车车速为 94 km·h^-1和轴重为 16 t 时,采用刚度渐变路基或桩基加固软路基措施后,过渡段各路基区沉降均有减小,过渡段不均匀沉降分别减小 56.5% 和53.6%,验证了路桥过渡段采用搭板法与桩基加固法的合理性。