无公用轴独立旋转车轮转向架直线横向动力学研究

无公用轴独立旋转车轮转向架的车辆不仅左右车轮的旋转自由度独立,而且两轮的横移和摇头也解耦。文章通过建立无公用轴独立旋转车轮转向架车辆在直线上的横向动力学客车模型,模拟实际线路,利用新型数值快速积分法进行动态仿真,得出无公用轴独立旋转车轮转向架车辆的动态响应值,并与具有相同悬挂参数的传统客车进行比较。     

汽车非线性悬架的混沌研究

采用基于实测数据建立的非线性悬架模型,分析了汽车悬架中的非线性弹簧力和阻尼力,对非线性悬架系统的混沌运动进行了研究.在单频正弦路面、拟周期路面以及随机路面激励情况下,仿真计算得到了系统的响应.分析各激励下系统的相轨迹、庞加莱(Poincaré)截面、时间历程曲线、功率谱图及李亚谱诺夫(Lyapunov)指数图,结果表明非线性悬架系统中存在混沌现象.     

悬索管道桥结构参数对全桥动力特性的影响研究

大跨度悬索管道桥桥面窄,宽跨比小,结构十分轻柔,结构参数的改变对其动力特性有较大的影响。以川气东送野山河悬索跨越工程为例,采用大型有限元分析软件ANSYS10.0分析了风缆预张力和风缆面与水平面夹角变化对该悬索管道桥动力特性的影响。研究表明,提高风缆预张力和选取适当的风缆与水平面的夹角能有效地提高全桥结构刚度。     

考虑螺旋桨体积力的水下机器人水动力特性仿真

为在初步设计时预测ROV的水动力性能,使用CFD技术进行分析,以ROV模型为例,最大程度地保留ROV内部的构件,使模型更加接近真实状况。分别计算ROV在不同工况下的阻力、不同漂角下的横向力和转艏力矩以及添加体积力模型之后的螺旋桨流场状况,很好地模拟出ROV周围的流场,并与已有的试验数据进行对比。结果验证了CFD水动力仿真的可行性和准确性,并还可预测ROV在螺旋桨作用下的进速等,对ROV设计具有实际的参考价值和指导意义。     

曲线区钢轨双打磨廓形设计方法

为探究货运线路中曲线区段磨耗钢轨的打磨方法对钢轨的服役寿命及列车运行安全的直接影响,针对曲线区段钢轨打磨廓形设计方法开展研究。设计多段圆弧和半径等多参变量的平滑设计方法,构建钢轨廓形描述模型,结合车辆-轨道耦合动力学及轮轨接触分析,设计不同权重系数,建立缓和曲线及恒定半径曲线段的磨耗钢轨打磨廓形的多目标函数,采用优化算法求解并进行对比分析。研究结果表明：与传统单一打磨廓形相比,设计廓形对缓和曲线段和恒定半径曲线段,钢轨材料去除量分别降低了39.02%和20.47%;动力学性能显著提升。在缓和曲线段和恒定半径曲线段的交接处,轮对横移量最高降低了89.45%,过渡更加平缓。轮轨接触几何分布均匀,改善了车辆入弯前后的运行性能和曲线通过性能。轮轨接触斑面积增加,且随轮对横移量变化平缓,最大Mises应力和最大法向接触应力相对于优化前均有明显改善。采用双打磨廓形设计能够有效延长曲线区段钢轨使用寿命。     

垂度对覆冰导线静力三分力的影响研究

针对当前关于覆冰导线的风洞试验研究和数值模拟研究中普遍采用等截面形式的节段模型作为研究对象,通过CFD方法对有垂度的典型覆冰导线进行数值模拟分析。论述典型覆冰导线数值模拟的网格划分技巧,分析由于逆压梯度引起分离的流动模拟的湍流模型选取原则,给出湍流模型与壁面无量纲距离之间的关系;讨论网格无关性及时间无关性的测试过程以及两者对于计算结果精度的影响,分析具有垂度的覆冰导线在不同工况下的三维流动特性。研究结果表明：垂度的影响会导致漩涡分离点靠后,使得覆冰导线前后压差变大,导致阻力系数相应增加,而当前关于覆冰导线的研究中普遍采用不考虑垂度的节段模型作为研究对象,忽略了覆冰导线沿长度方向漩涡脱落的三维特性,低估了垂度对三分力的影响。因此,高压输电线的分析必须考虑垂度对于气动力的影响,本文为类似构件的数值模拟分析提供具有参考价值的方法和建议。     

基于分子动力学模拟的橡胶改性沥青在集料表面的扩散特征研究

橡胶改性沥青和集料之间的界面作用与沥青路面的耐久性、高温稳定性有着重要联系而现有研究对该界面作用的微观认知尚不够全面。基于分子动力学模拟,以Materials Studio软件为研究工具,构建由基质沥青、天然橡胶沥青、顺丁橡胶沥青、丁苯橡胶沥青（15%掺量）与集料的4种主要矿物组成（石英、方解石、钠长石、微斜长石）两两构成的界面模型,从分子尺度上探究不同沥青组分在4种矿物表面的扩散行为,分析得到不同橡胶类型对其扩散作用的影响规律。结果表明：轻质组分在各矿物表面的扩散作用强于重质组分,相对分子质量对沥青组分的扩散速率起到关键作用;在不同矿物表面,橡胶分子链的加入对于提升沥青各组分扩散系数多为积极作用,且不同类型橡胶作用规律有所不同。研究结果可为不同矿料类型制备适配的橡胶改性沥青提供参考依据。     

内轴颈高铁车轴结构设计与强度分析方法

针对高速列车的轻量化设计需求,分析了内轴颈高铁车轴独特的内支承结构与承载特点,建立了内轴颈高铁车轴受力状态和结构强度理论分析模型,提出了内轴颈高铁车轴设计极限载荷和疲劳强度的解析计算方法;在此基础上,制定了基于理论分析、有限元方法和车辆系统动力学的内轴颈高铁车轴结构设计方法,并以17 t轴重的内轴颈高铁车轴为例开展了应用研究;基于内轴颈高铁车轴受力状态的理论分析结果,确定了车轴的临界安全截面和详细尺寸方案;建立了内轴颈高铁车轴的有限元模型,评估并校核了车轴的疲劳强度;建立了轴箱内置式高速动车的刚-柔耦合系统动力学仿真分析模型,验证了车辆的动力学性能和车轴的动荷载。分析结果表明：17 t轴重的新型内轴颈高铁车轴的质量为273.6 kg,比同轴重传统外轴颈高铁车轴的质量低约30%;内轴颈高铁车轴各截面疲劳强度的安全系数均大于1.66,临界安全截面转移至轴颈与轮座之间的卸荷槽及轴颈与轴身之间的过渡圆弧区域;采用内轴颈车轴的高速动车能够以350 km·h^-1的速度稳定通过半径为5.5 km的曲线线路,主要动力学性能指标优良;在选定曲线通过工况下车轴所承受的动载荷均能被设计极限载荷包络,据此开展的车轴结构设计和强度分析是稳健的。可见,内轴颈高铁车轴在实现高速列车轻量化设计方面有显著的技术优势,且高速适应性较好,在高速列车领域的发展和应用潜力巨大。     

基于列车振动的高速铁路桥墩沉降控制阈值

为保障高速铁路桥墩沉降区域的列车运行安全平稳性,提出了一种基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论的高速铁路桥墩沉降控制阈值研究方法;探讨了既有标准中的桥墩沉降限值,并确定了影响桥墩沉降控制阈值的关键因素;基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论,考虑轨道随机不平顺、轮轨非线性接触关系等非线性因素,建立了考虑桥墩沉降和多影响因素的高速列车-轨道-桥梁耦合动力学模型;在此基础上,研究了多因素条件下桥墩沉降对列车-轨道-桥梁系统的影响,并从保证列车安全平稳运营的角度提出了适用于中国高速铁路桥墩沉降的控制阈值。研究结果表明：研究高速铁路桥墩沉降控制阈值时不能忽略轨道随机不平顺、温度作用、混凝土收缩徐变等因素的影响;随着桥梁跨度的增大,混凝土收缩徐变和温度作用导致车体垂向加速度和轮重减载率增大,桥墩沉降则导致上述指标减小;考虑多因素后,车体垂向加速度和轮重减载率与不考虑这些影响因素相比明显增大;随着桥墩沉降的增大,列车通过不同不平顺样本时车体垂向加速度和轮重减载率均超标;为保证列车运行安全性与乘坐舒适性,高速铁路桥墩沉降控制阈值建议为10 mm;在本文得到的控制阈值基础上进一步考虑施工误差等其他因素即可得到准确的标准限值,研究结果可为桥墩沉降限值的最终确定提供研究方法和数据支撑。     

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。