高速铁路轮轨噪声理论计算与控制研究

轮轨噪声是铁路主要的噪声源。针对高速铁路轮轨噪声辐射问题,综合运用车辆—轨道耦合动力学理论与噪声辐射理论,建立高速铁路轮轨噪声预测模型,应用数值仿真的方法研究高速铁路轮轨噪声产生机理、辐射特性、传播规律以及控制技术。主要研究内容和结论如下。     

应用基于MPI的混合粒子群算法的三维水翼优化设计

提出一种三维水翼的优化设计方法.方法应用混合粒子群算法(HPSO)与边界元法相结合进行三维水翼的优化和性能计算工作、应用多级罚函数法解决水翼设计这一多约束、多变量的优化问题.基于免疫理论和惯性权值非线性递减策略的混合微粒群算法,能够有效抑制算法早熟收敛,平衡全局和局部搜索能力.优化设计过程中,水翼的剖面形状、攻角及展弦比作为设计变量,给定的压力分布形式、升阻力系数作为设计约束或设计目标.混合粒子群算法通过划分子种群、应用基于MPI通信机制的并行计算来实施,最大限度减小了计算时间.设计算例表明了文中提出的三维水翼优化设计方法收敛速度快、计算时间短、有效可行.     

非结构化网格浸入边界法的流固耦合数值模拟(英文)

This paper presents an improved unstructured grid immersed boundary method. The advantages of both immersed boundary method and body fitted grids which are generated by unstructured grid technology are used to enhance the computation efficiency of fluid structure interaction in complex domain. The Navier-Stokes equation was discretized spacially with collocated finite volume method and Euler implicit method in time domain. The rigid body motion was simulated by immersed boundary method in which the fluid and rigid body interface interaction was dealt with VOS (volume of solid) method. A new VOS calculation method based on graph was presented in which both immersed boundary points and cross points were collected in arbitrary order to form a graph. The method is verified with flow past oscillating cylinder.     

基于边界等效源的舰艇磁异常推算技术研究

用等效源法实现舰艇磁异常推算通常将等效源置于舰艇所占空间内,其位置分布参数常依赖人为经验确定,从而直接影响了等效源法在舰艇磁异常推算中的通用性。针对该问题,从边界积分理论及等效原理出发,分别建立了以边界单层源、双层源和混合源为未知量的边界等效源舰艇磁异常推算模型。与应用于舰艇磁场建模中传统等效源法相比,其等效源只需分布于边界面上,从而大大降低了人为因素的影响。基于磁场测量值来求解边界等效源磁性参数属磁场逆问题,磁场测量数据中信息量的不足通常使其表现出一定的病态性。为减小测量误差等因素对计算结果的影响,应用截断奇异值分解方法对模型进行了求解,并分析了所用磁场数据类型对建模的影响;采用数值算例和船模实验对边界等效源舰艇磁异常模型进行了分析比较。结果表明,基于截断奇异值分解方法求解的边界等效源舰艇磁异常模型,可有效克服传统等效源法在舰艇磁异常建模中的不足,推算结果令人满意。     

小水线面双体船声辐射特性研究

运用结构有限元法与声学边界元法,对小水线面双体船振动声学特性数值计算问题进行了研究.通过结构动力响应分析,获得结构振动响应特性参数.以船体结构频响分析计算结果为声学边界条件,对小水线面双体船近场声学特性进行了边界元计算.对比不同工况下的结构声学特性,为进一步实现结构减振降噪提供参考.     

线性方程组求解方法对不规则频率影响范围及消除效果的影响

针对使用边界元方法计算波浪对结构物作用问题中所出现的"不规则频率"现象,对比了直接法与迭代法求解线性方程组时"不规则频率"的影响范围.并基于修改积分区域方法消除"不规则频率"的积分方程,研究了求解方法对"不规则频率"消除效果的影响.计算结果表明,采用迭代法求解会使"不规则频率"的影响范围显著增加,也会影响"不规则频率"的消除效果.因此,推荐使用直接法对线性方程组进行求解.     

水泥基粉煤灰粉土气泡混合轻质土性能研究

以粉煤灰和粉土部分替代水泥制备气泡混合轻质土,研究水固比、引气剂掺量、粉土掺量、养护龄期及养护条件对无侧限抗压强度影响和轻质土抗干湿循环性能。结果表明:降低水固比能够增大抗压强度;湿密度由 1 000 kg/m3增大至1 200 kg/m3,28天抗压强度提高了37 %;随着粉土掺量增大,抗压强度降低;提高养护温度可提高早期抗压强度;制备的轻质土抗干湿循环性能较好。     

考虑射流分离现象的二维非对称楔形体入水砰击

基于不可压缩势流理论,研究二维有限高度楔形体以给定速度进入静水的问题,并考虑了射流分离现象。在时域上应用边界元法,在给定的非线性边界条件下求解,并利用辅助函数求解物面压力。在初始入水阶段,只有很少一段物体进入水中,为使对流场细节的描述更加精细,采用拉伸坐标系放大该阶段的计算域,当入水距离增加到给定值时,重新在原坐标系中完成后续计算。数值计算结果显示了楔形体底升角、弗劳德数、水平速度和物面边界长度对入水过程的影响。     

基于宏观基本图的路网多子区状态一致协同控制

针对基于宏观基本图(MFD)的路网多子区协同控制未考虑各子区拥堵状态差异性及均衡性的问题,本文提出以多子区状态可达一致为目标的子区边界状态反馈控制设计方法. 首先,基于路网 MFD模型建立路网多子区协同模型;进一步,基于部分变量稳定性理论,设计多子区状态可达一致的边界状态反馈控制律.在此基础上,考虑子区拥堵状态的差异性,设计了子区间的协同控制策略,快速缓解子区拥堵状态;同时,提出子区边界输入流的分配优化策略.最后,以潍坊市实际路网为背景建立仿真模型.实验结果表明,本文方法可实现子区交通流分布的均衡性,快速缓解子区拥堵状态,较大幅度地提升路网运行效率.     

干湿循环对CA砂浆质量与变形的影响

CA砂浆（cement and emulsified asphalt mortar）服役环境湿度因气候、天气因素的影响产生显著变化,会引起其质量和体积的变化,进而对轨道结构的几何尺寸产生影响. 为了解服役环境中湿度变化对CA砂浆质量、尺寸的影响,设计了6种干湿循环制度,测试了不同干湿循环制度下CA砂浆质量、长度变化;并采用低场核磁共振（NMR）及综合热分析（TG-DSC）对其孔结构和物相组成进行了分析,以揭示其变化机理. 研究结果表明:随着循环次数的增加,CA砂浆湿质量迅速增加并达到最大值,随后下降,并在140 d左右趋于稳定,干质量的变化很小;而其长度随循环次数的增加先减小后增加. 干湿循环中,CA砂浆质量与长度的变化均小于持续干燥、水浸泡条件下的变化. 在短周期干湿循环中,在约140 d前,CA砂浆湿质量与变形呈二次函数关系,而在约140 d后,质量与变形呈线性关系;在长周期中,二者相关性不强. NMR与DSC的分析结果表明,CA砂浆质量与长度变化是干湿循环过程中毛细孔水分的迁移、水泥水化、碳化以及孔结构变化等因素共同作用的结果.