车辆动力学仿真中关键元件的建模

为了提高车辆动力学模型中非线性元件数学模型的模拟精度,分析了一、二维干摩擦副、三大件转向架的摩擦楔块和带串联刚度阻尼器的动力学性能,建立了非传统的数学模型,即不含速度状态变量的模型,并设计了对应的Simulink程序,用典型例题与传统模型的性能进行了对比分析。分析结果表明:非传统数学模型能克服强非线性带来的数值计算问题,提高了计算精度和计算效率,一般根据不同模型的规模和非线性元件数,计算速度能提高2~10倍。     

空气弹簧对车辆曲线通过性能的影响

建立了考虑左右空气弹簧垂向耦合模型的车辆系统数学模型,由理想气体的状态方程得到空气弹簧的力学方程,分析了车辆通过曲线时车辆与空气弹簧的动态特性。仿真结果表明:由于高度阀的动作,车辆在驶出曲线后各空气弹簧的压力不一致,导致车体不能回到静平衡位置;车辆以正常速度通过曲线时,车辆曲线通过动力学性能变化不大;在车辆多次通过同一种曲线的较恶劣工况时,空气弹簧内气压变化范围是一定的;增加抗侧滚刚度能明显抑制车体侧滚,从而减小空气弹簧内气压的变化量;增大空气弹簧横向跨距,并选择合适的刚度和阻尼,能使车辆驶出曲线后各空气弹簧压力接近静平衡值。     

机车编组方式对列车再充气特性的影响

为量化机车编组方式对重载列车再充气特性的影响, 结合神华铁路万吨重载列车纵向动力学试验结果, 对万吨重载列车再充气特性进行分析, 并利用基于气体流动理论的空气制动系统仿真方法, 建立列车空气制动系统模型, 通过试验对比验证仿真系统的准确性, 对不同机车编组、多机车不同滞后时间和不同减压量的再充气过程进行仿真。计算结果表明: 列车头部机车数目增加对首车再充气特性影响较小, 2种编组列车的副风缸压强差值小于15kPa; 单编列车充风时间是3辆机车编组充风时间的2.4倍; 当机车集中于列车前部时, 充风时间缩短量与机车数目增加量非正比关系, 即3辆机车集中编组的充风时间不是单编列车充风时间的3/10;机车数目对于充风时间的影响完全取决于编组方式, 分散编组减压50kPa的充风时间较集中编组节省37%~75%, 机车集中编组减压110kPa的充风时间是分散编组的1.5~3.5倍, 分散编组常用全制动的充风时间为机车集中编组的30%~63%;从控机车滞后时间对充风时间影响较小, 充风时间增长量与滞后时间相近; 得到4种机车编组方式不同减压量的充风时间的二次拟合函数, 随着减压量的增加, 4种机车编组的充风时间增长缓慢。     

拖缆水动力学的正问题与反问题研究

基于不可压缩流体中受到水动力曳力作用下的不可伸长的挠性缆索的二维运动模型,研究了在海洋地震勘探中重构与流线型拖缆冲击的海流速度的问题。首先介绍了正问题模型,并在已知拖船运动和水动力载荷的条件下对拖缆的速度、曲率和张力进行了求解。然后,通过离散缆索形状和张力的样本值,提出了推断到海流速度的反问题,并发现这个反问题是缺秩和不适定的。在鲁棒离散噪声信号的背景下,解决逆问题数值稳定问题,采用了基于广义Tikhonov正则化算法。为了验证该方案的实用性,给出了一些用模拟噪声数据重建海流的例子。     

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。     

城陵矶枯水位下降对洞庭湖区湘江尾闾航道的影响

三峡水库蓄水运行后,由于出库水沙条件的变化,引起坝下长距离的河床冲刷和水位下降。根据有关预测,水库运行20~50 a后,城陵矶枯水位将下降1~2 m。运用水动力学模型,计算城陵矶枯水位下降对洞庭湖区湘江尾闾航道的影响。计算结果表明:城陵矶枯水位下降1~2 m时,湖区航道水面比降加大,自湘江洞庭湖出口航道至湘江湖区航道营田滩处约80 km范围的沿程水位下降、航道水深减小,大部分已整治的滩险水深难以达到Ⅱ级航道标准,航道条件恶化。     

大型船舶推进轴系扭振特性仿真和试验

基于多体动力学耦合理论结合有限元理论,以1艘大型船舶为研究对象,建立其推进轴系的刚柔耦合多体动力学仿真模型,对大型低转速推进轴系在工作中的扭振特性进行研究。在仿真计算的基础上,利用扭振测试系统对实船的扭振进行测量,并从多个谐次将轴系扭振的仿真计算值与试验测量值进行对比和分析。分析结果表明,通过仿真计算得到的轴系扭转振动变化趋势与实际测量值基本相符,验证了仿真模型的正确性和可行性。同时,通过Adams/Virbration模块分析了船体变形对轴系扭振的影响,证明了船体变形会导致轴系扭转振动增大。     

SCR 催化剂内流动与反应过程的研究

针对V2 O5／TiO2催化剂建立了三维单孔道模型,基于Eley－Rideal动力学机制,模拟了单孔道内的流动及NOx 在催化剂表面的反应情况．经模拟结果与实验结果对比,证明了模型的合理性．研究表明：随着Re的增大脱硝效率逐渐降低;模拟温度在523～723 K时,反应物NO的转化率随温度先升高后降低;根据NO的转化率及NH3的逃逸率综合考虑NH3／NO摩尔比应该控制在0.9～1.2之间;在温度为598 K, Re 为600, NH3／NO 摩尔比为1时, NO 的转化率最高可达到97．18％;反应物的浓度沿孔道方向先快速下降后平缓下降,在单孔道长度为1000 mm的模型中,在离入口处600 mm时NO脱除率可达到总脱除率的91.2％．模拟结果可为SCR催化剂的运行优化提供重要依据．     

船舶推进轴系多体动力学和扭振特性

在深入分析推进轴系扭振特性及其动力学理论的基础上,将在Solidworks中建立的船舶推进轴系三维实体模型导入ADAMS中形成轴系的多体动力学模型,并对该模型进行自由模态分析、动力学特性分析和轴系在不同工况下的扭振特性分析。结果表明,推进轴系在施加负载后轴系的扭转角呈周期性变化趋势,振幅较大且峰值可达0.65°。在旋转副失效的条件下,扭转角在0.9°附近波动。当轴系终端螺旋桨受到冲击时,轴系的扭转角也将产生较大幅值的波动,最大扭转角达到了4.5°左右。     

两栖自行火炮水上横向射击稳定性仿真分析

两栖自行火炮在进行水上横向射击时,产生的大幅度摇荡会对其稳定性产生严重的威胁。以某两栖自行火炮水上横向射击稳定性为研究对象,在ADAMS/View中建立某两栖自行火炮的刚柔耦合多体模型;通过对多体模型拓扑关系的构建与发射载荷的建模,完成其水上横向发射动力学模型;通过对该模型横向射击仿真结果的分析,得出在横向射击时应尽量避免小射角以提高射击稳定性的结论。