共同配送对城市货运交通系统的效益研究

从城市GDP、交通基础设施、货运量、货运车辆调度、能源和环境6 个要素出发,构建城市货运交通系统动力学模型,对比实施共同配送前后对城市货运交通拥堵、运输费用及货运系统节能减排的效益变化,寻求解决路径. 以济南市为例,确定模型参数及方程,动态仿真实施共同配送的效益. 结果表明：随着载货率提高、平均运距的增长,实施共同配送的边际收益呈递减趋势,配送时间的昼夜错峰调整也有显著影响;在决策区间载货率[70%, 80%]、平均运距[70, 80] km、配送时间昼夜比例[6∶4,7∶3]下,共同配送总体效益最优;节能减排效益仍存在挖掘的潜力,通过提高新能源货运车承担的货运比重,每20%的增加将带来货运系统节能减排平均30%的降低.     

基于分子动力学的车辆换道交互行为特性及其模型

传统换道模型中,把前后临界空隙作为参数固定数值,忽视了车辆和车道间的动态交互作用等因素.从分子动力学角度,系统考虑跟驰需求安全特性,从动态的需求安全距离角度研究车辆在“跟驰—换道—跟驰”过程中的行驶状态转换.确保在换道完成时,换道车辆和目标车道后车能以需求安全距离进行跟车行驶,建立了模拟分子动力学的期望安全间距模型,并对模型进行了仿真分析.结果表明,分子动力学特性模型可以把跟驰行为和换道行为很好地结合起来.研究成果为分析车辆运行交互特性,车辆可变限速技术,自适应巡航控制技术等提供理论依据和技术支撑.     

圆柱体高速入水数值模拟研究

为了获得圆柱体高速入水过程的演化规律,采用计算流体力学方法对其进行仿真模拟。应用VOF模型和重叠网格技术对圆柱体入水过程的运动情况进行计算,利用Schnerr-Sauer空化模型对入水空化现象进行模拟。仿真获得圆柱体入水过程的空泡演化过程、压力变化和速度衰减曲线。结果表明:圆柱体高速入水过程中,速度先急剧减小然后逐步平稳降低,空泡开始形成,圆柱头部边角处出现空化现象;在撞水时圆柱头部压力急剧增大,入水后压力迅速减小;入水过程与文献结果变化趋势一致,验证了模型的可靠性。     

基于CML的级联失效下异质多层交通网络节点抵抗特性研究

为了有效刻画拟合实际的多层交通网络级联失效过程，识别多层网络中对整体韧性安全影响显著的对象，提升交通网络抵抗失效的能力，建立一种基于耦合映象格子（Coupled Map Lattice， CML）的级联失效模型。首先，将交通管控措施赋予交通网络节点额外的容纳能力引申为节点抵抗特性，通过为CML添加抵抗参数H，形成考虑抵抗特性的级联失效（HCML）模型，沿常值-拓扑关联-时变拓扑关联的路径深化H的表征方式，并在小世界（Small World， SW）网络上对比3类表征方式的优劣；其次，应用Space H方法建立异质3层公共交通网络，对比度值与介数2种时变拓扑指标关联的抵抗效果，探究不同交通层抵抗系数对网络失效的影响程度；最后，在6组不同的网络结构上进行HCML模型与传统模型的对比，讨论建网方法、网络规模等不同网络性质的差异对模型有效性的影响，并结合实际客运数据验证HCML模型优越性。研究结果表明：3类表征方式中时变拓扑关联可以兼顾其余2类的优点；同等条件中网络在介数关联的抵抗特性作用下失效增速更缓，模型识别得到的对网络整体失效影响更大交通方式符合客流量实际；HCML模型在多种不同类型的多层交通网络中均可以有效实施，相比于传统模型，HCML模型的最终失效比例平均下降了5.78%，与实际交通级联失效过程更加拟合。     

水面小尺度漂浮平台动力学响应分析

针对由弹性连接件形成的多浮体系统,基于修正的莫里森公式应用微元法推导了主平台和浮囊的受力模型,建立了水面小尺度漂浮平台的动力学方程,并分析了连接件刚度和浮囊直径对主平台幅值运动响应的影响。通过仿真和试验结果对比验证了理论模型的正确性。结果表明,连接件刚度对主平台幅值运动响应的影响远大于浮囊直径,主平台的幅值响应随连接件刚度呈"W"变化,最优的连接件刚度为40×10~4N/m;主平台的幅值响应随浮囊直径呈微弱增长,最优的浮囊直径为2.5 m。研究结果可为水面小尺度漂浮平台的弹性连接件和浮囊参数的设计提供依据。     

车辆系统空气弹簧失气安全性分析

建立了具有刚度衰变特性的空气弹簧失气模型和非线性粘滑接触模型, 结合车辆系统动力学, 模拟空气弹簧失气动态过程与失气后的应急状态, 分析了空气弹簧失气后车辆系统的稳定性与空气弹簧突然失气对车辆动力学性能的影响, 研究了不同失气过程时长、运行速度与曲线通过工况下空气弹簧失气车辆的安全性。计算结果表明: 空气弹簧失气后车辆临界速度由623 km·h^-1大幅降低为351 km·h^-1。空气弹簧突然失气导致轮轨垂向力减小, 轮重减载率增大, 且失气过程越短, 轮重减载率越大, 失气过程为0.2 s时轮重减载率达到0.651。车辆运行速度低于300 km·h^-1时, 车速对轮重减载率和轮轨力影响不明显, 当大于300 km·h^-1时, 减载率随车速增大迅速增大。车辆通过曲线时, 在圆曲线上失气最危险, 轮重减载率最大为0.652。     

高寒高海拔多年冻土区拓宽路基差异沉降

为了研究高寒高海拔多年冻土区拓宽路基面层吸热对下伏多年冻土温度与沉降的影响, 建立了基于热力耦合理论的差异沉降计算的有限元模型, 并利用实体工程监测数据对模型进行了修正, 分析了不同季节、不同填高与阴阳坡工况下拓宽侧路基差异沉降分布规律, 确定了多年冻土区最优路基拓宽位置。研究结果表明: 多年冻土区拓宽路基最大融深与沉降均出现在秋季, 10月份的变形最不利, 病害特征最突出, 其中4m填高路基第10年最大差异沉降为16.9cm, 分别为7、1、4月份沉降的1.1、1.4、1.7倍; 差异沉降与路基填高存在正相关性, 当路基填高分别为2、4、6 m时, 10年内路基的差异沉降分别为13.2、16.9、18.1cm; 阴坡侧拓宽路基的温度与沉降变化小于阳坡侧, 在10年内, 阳坡侧拓宽路基底面最大升温为1.3℃, 阴坡侧为0.6℃, 阳坡侧拓宽路基最大差异沉降为16.9cm, 阴坡侧为12.3cm; 即使阴坡侧拓宽, 差异沉降仍使拓宽路基顶面形成一个斜率为2%~3%的斜坡, 进而使路面产生较大附加应力, 最终造成结构层病害。     

重载货车车轮磨耗与动力学性能演变

基于多体动力学软件SIMPACK建立了考虑车轮磨耗过程的车辆动力学模型, 编制了自动实现轮轨迭代计算程序, 并将车辆动力学模型、轮轨接触模型、轮轨磨耗模型、轮轨外形更新及运行工况统一组织在动力学软件中。采用内嵌SIMPACK软件的子程序进行动力学计算和磨耗过程的工况和数据组织, 采用FASTSim算法进行车辆动力学计算, 采用Contact算法进行磨耗计算, 并构成在线自动磨耗计算循环, 无需外部程序的协同仿真和数据交互。基于C80B型敞车在大秦线的运行环境, 研究了车轮磨耗和车辆动力学性能在车辆运用过程中的演变。研究结果表明: 车轮踏面磨耗深度和车轮全断面磨耗面积均与运行里程呈近似线性关系, 每1.0×10~5 km的车轮磨耗深度和磨耗面积分别约为1.68mm和100.63mm2;随着车辆运行里程的增加, 车轮磨耗与车辆动力学性能也随之恶化, 车辆运行2.5×10~5 km后, 车辆横向运行平稳性从新车工况下的优级下降为良级, 脱轨系数、轮重减载率与曲线通过轮轴横向力等车辆运行安全性指标均较新车状态增大50%以上。     

船舶推进轴系纵向振动及其控制技术研究进展

  目的  为了解决潜艇推进轴系纵向振动问题,  方法  将复杂的潜艇推进轴系简化为均匀阶梯轴系连续模型,采用波分析（WPA）法对各均匀轴段的纵向振动传递关系进行推导。结合实际推进轴系边界条件,给出推进轴系纵向振动在螺旋桨激励下的稳态响应。进一步对推进轴系纵向振动的第1阶固有频率的无量纲公式进行推导,并分析结构参数对固有频率的影响。  结果  将理论计算值与有限元软件仿真结果及实验测试值进行对比,证明了均匀阶梯轴系连续模型的可靠性,可应用于推进轴系纵向振动研究分析。得到的第1阶无量纲公式为后续对潜艇推进轴系纵向振动的分析打下基础。  结论  研究成果具有一定的工程应用价值。     

轨道不平顺概率模型

为了高效选取轨道不平顺随机样本, 以满足车辆-轨道系统随机动力与可靠度分析中的激振源遍历性要求, 依据轨道随机不平顺的弱平稳与谱相似特征, 提出了一种轨道不平顺概率模型; 采用离散概率积分和统计方法, 在时域中将大量轨道不平顺检测信号分成若干个时程序列, 对每个序列采用谱分析法计算其统计功率谱密度分布; 采用矩阵法对轨道不平顺功率谱密度函数进行集合表征, 视每条谱线在不同频率点的功率谱密度概率具有累加性, 采用单一频率下的功率谱密度概率分布推知整条谱线的出现概率; 采用通用随机模拟方法选取代表性轨道谱, 并反演随机不平顺序列; 实测了某高速铁路约269km的轨道高低和方向不平顺, 基于车辆-轨道耦合动力学理论, 从轨道不平顺模拟幅值与车辆-轨道系统动力响应的概率密度分布出发, 对比了轨道不平顺概率模型与轨道不平顺随机模型的计算结果, 以验证轨道不平顺概率模型的正确性和高效性。计算结果表明: 以2种模型生成的轨道随机不平顺为激振源, 获得的车辆-轨道系统动力响应分布熵差异小于2%, 2种模型均能准确表达不平顺激扰特性; 为保证模拟与实测不平顺的概率密度分布一致, 采用随机模型和概率模型分别需要生成131和33个随机样本, 概率模型具有更高的分析效率; 在给定计算工况下, 轮轨力和车体加速度的幅值分别为38~152kN和-0.042g~0.043g (g为重力加速度), 均未超过《高速铁路设计规范》 (TB 10621—2014) 中的限值(轮轨力为170kN, 车体加速度为0.25g), 表明此高速铁路轨道不平顺状态较优, 行车安全性和舒适性可以得到保证。