侧风下高速列车运行安全性分析

将列车空气动力学和多体动力学理论相结合,研究风载荷对高速列车运行安全性的影响。采用自回归(AR)模型模拟随机脉动风速时程,结合流体动力学理论计算作用在高速列车多体动力学模型上的等效风载荷。建立车辆系统动力学模型,分析不同车速、风速以及风向角对列车安全性指标的影响,并依据高速列车运行安全性限定标准,确定了不同风速下列车的最高安全运行速度。     

基于随机风速模型的风电增速箱试验载荷谱编制

为了编制风力发电机齿轮传动系统动态特性和疲劳寿命试验载荷谱,在模拟真实风速的基础上,基于空气动力学原理求得作用在传动系统的外部随机风载荷,采用雨流计数法和数理统计方法对风电传动系统的输入风载荷数据进行统计分析,基于波动中心法得到载荷的大小与出现频次之间的关系及概率分布,编制适合风电传动系统试验加载用的八级载荷谱,将实际风速的随机性与试验室台架试验结合起来,使试验结果更加符合实际,为准确评价风电齿轮传动系统动态特性和疲劳可靠性试验奠定基础。     

EDE1—5低速风洞介绍

ＥＤＥ１—５低速风洞介绍机械工业部长春气象仪器研究所于勤录测风仪器的发展，希望能在尺寸更大、风速更高、变化范围更宽的风洞中进行吹风试验。国内气象风洞多在５０年代到６０年代初建造的，已不能满足这方面日益迫切的要求。而航空界的低速风洞难以达到低速的要求，...     

相似理论和模型试验的结构动响应分析运用

主要讨论了相似理论在结构动力学模型试验中的实际应用问题,目的在于研究如何通过相似理论和缩比模型试验的结果准确预估实际结构的动力学特性。首先,在考虑实际工程试验条件前提下,给定几何参数和物理参数的相似比数,根据相似理论和有限元法推导出非等比缩放的缩比模型和实际模型之间固有振动、频域响应和时域响应之间的相似性关系;然后,通过薄板结构的振动试验来验证这种相似关系的准确性和工程应用价值。通过理论推导和试验证明,根据缩比模型动力学试验结果,运用所推导的动力学相似关系可以准确预估实际结构的动力学特性。     

考虑静强度要求的旋转直板叶片试验模型相似设计方法

针对旋转直板叶片动力学相似试验模型的设计问题,提出一种考虑满足静强度要求的相似模型设计方法。以叶盘和单个直板叶片固联组成的旋转结构为研究对象,应用板壳振动理论建立振动方程,并将旋转直板叶片所受惯性力和气动力等效为作用在旋转叶片上的静态外载荷。在对叶片进行应力分析得到强度设计准则的基础上,采用方程分析法建立动力学相似关系。理论证明了当模型和原型的材料不同时,须采用不完全几何相似的试验模型才能满足强度要求的结论。并通过设计实例,采用数值仿真的方法验证了所提出考虑满足静强度要求的动力学相似模型设计方法的有效性和正确性。该研究结果为旋转直板类构件动力学相似模型的设计进行理论补充。     

风力机叶片动力学响应的数值模拟研究

针对旋转风轮的工作特性,考虑风力机叶片空气动力学载荷、惯性载荷及重力载荷的耦合效应,建立了风力机叶片交变载荷的计算模型。基于叶片的载荷模型,以结构动力学理论为基础,在研究叶片位移向量与振动变形之间关系的基础上,提出风力机叶片动力学响应的数值模拟方法。选取某5MW风力机为研究对象,分析了该风轮的空气动力学性能,数值模拟了额定风轮转速和额定风速下风力机叶片的轴向和切向载荷分布,以及该载荷特性下叶片在挥舞方向和摆振方向的振动速度和振动加速度变化规律。     

侧风对高速动车组运行安全性的影响研究

将列车空气动力学和多体动力学理论相结合,利用SIMPACK软件建立国内某时速400 km中国标准化动车组的动力学模型。介绍考虑侧风作用下的车辆动力学仿真计算方法,通过此方法较为全面地研究在“中国帽”侧风风载下,不同风速和车速下的列车运行安全性问题,为特殊风环境下高速动车组的安全运行速度提供理论依据。研究表明：侧风风速越高,列车受到的气动载荷越大,列车的最高安全运行速度越低,因此在车辆通过强风区时,需要采取限速、停运等安全措施。     

变桨距回转轴承模型试验相似准则研究

为了在节约试验成本的同时保证试验结果的科学合理性,运用相似理论对回转轴承模型试验进行分析,采用量纲分析法推导出回转轴承模型试验所需要的相似准则,并进一步讨论模型试验应遵循的条件及其放宽.最后,通过回转轴承结构模型的试验物理量的相似比计算说明上述相似准则的应用.     

一种用于飞机模型动力模拟风洞试验的空气桥天平的研制

风洞试验是空气动力学研究和飞机设计的必要技术手段,其中测力天平是飞机模型测力试验的核心关键设备之一。在飞机模型动力模拟风洞试验中(如推力矢量,TPS进排气,滑流试验等),需要给飞机模型注入高压气体用以驱动动力模拟实验设备,在测力天平上需要安装高压供气管路用来传输高压气,即组成为空气桥天平。空气桥天平在供气时,由于自身刚度,压力膨胀等原因会对天平测力有干扰影响,需要考虑相关解决措施。研制一台新型六分量内式空气桥天平,用于测量推力矢量风洞试验中飞机的气动载荷。并研制一套校准装置用于空气桥天平的校准,得到天平工作公式,并修正消除安装波纹管所产生的影响。     

350km/h高速列车风致安全研究

结合高速列车空气动力学和多体系统动力学,系统研究了350km/h高速列车的风致安全特性.首先建立了头车-中间车-尾车编组的高速列车空气动力学模型,研究了不同侧风速度(包括不同风速大小和不同风向角)下高速列车气动载荷的变化规律.然后建立拖r动-拖编组的高速列车多体系统动力学模型,将得到的气动载荷作为外加载荷作用于列车上,研究了高速列车的运行安全性和运行姿态,为侧风下350km/h高速列车的安全运行提供参考.     

随机风载作用下风力发电机齿轮传动系统动态可靠性分析

运用最小二乘支持向量机(Sparse least squares support vector machines,SLS-SVM)机器学习方法建立风场随机风速模型,根据随机风速模型和空气动力学理论得到随机风引起的系统外部载荷激励,建立考虑齿轮时变啮合刚度和滚动轴承时变刚度的风力发电机行星齿轮传动系统齿轮—轴承耦合动力学模型,并对动力学模型进行仿真计算,分别得到各齿轮副的动态啮合力和滚动轴承动态接触力。以此为基础,将载荷作用过程视为随机过程,推导出随机载荷作用下的等效载荷累计分布函数。根据应力—强度干涉理论建立风力发电机齿轮传动系统各齿轮和轴承的动态可靠性模型,利用二阶矩和摄动方法求出各齿轮、轴承的动态可靠性指标,并计算出动态可靠度,研究各齿轮、轴承和传动系统的动态可靠度随时间的变化规律,为风力发电机齿轮传动系统动态可靠性设计奠定了基础。     

低速风洞非定常风特性模型及验证

位于大气边界层中的建筑结构受到非定常的风速影响会导致其结构破坏。为研究该现象,在风洞实验室中恰当地模拟大气边界层环境,不但要实现稳定风速的模拟,而且变动风速也要满足一定要求,即是阵风谱(Gust spectrum)的模拟。旨在通过分析影响风洞实验段风速的因素,采用改变动力段对电机输入的功率来实现要求的阵风谱,并在实际风洞中进行验证。结合流体力学原理,通过对空气以及动力系统进行分析来建立守恒方程,应用Matlab软件进行数值计算。模拟出在风速达到稳定后,输入正弦电压得到实验段的风速。模拟结果表明,在实验段风速呈现正弦曲线,经快速傅里叶分析与电压频率一致。经试验验证后与模拟结果吻合,振幅与风洞对应输入功率所标定的风速一致,故可用该方法模拟产生规定阵风谱下的非定常风。     

风场风速特性的研究

针对风力发电机空气动力学和结构分析的要求,建立了普通风场的数学模型.在考虑风剪和上游风力机尾流对风速影响的基础上,进行修正风速模型.并运用simulink对某一风场的风力发电机输出功率进行仿真分析.     

桥梁上高速列车的强横风运行安全性

基于空气动力学和多体系统动力学理论,研究桥梁上高速列车的侧风运行安全性.研究远场气象风速与距轨面4m高、距迎风侧轨道中心线3.8 m远处的高速列车大风监测点的风速的关系;分析侧偏角和桥梁高度对高速列车气动载荷特性的影响;将气动载荷作为外加载荷作用于高速列车动力学模型上,分析桥梁上高速列车的运行安全性,给出高速列车在桥梁上的运行安全域.研究表明,大风监测点处的风速与气象风速成正比关系,且比例系数随着桥梁高度的增加而增大.对于10 m及10 m以上高度的桥梁,当车速一定时,只要大风监测点处的风速相同,高速列车的气动力系数、气动力矩系数和安全指标均与桥梁高度基本无关;对于10 m以下高度的桥梁,当车速一定时,仅由大风监测点处的风速无法确定出高速列车在不同高度桥梁上的气动力系数、气动力矩系数和运行安全指标,必须考虑桥梁高度的影响.当采用大风监测点的风速作为参考风速时,高速列车在低桥梁上运行比在高桥梁上运行偏于危险,应以低桥梁上高速列车的运行安全性来制定铁路沿线不同高度桥梁上高速列车的运行安全域.     

提高切出风速限功率运行对MW级风机的影响研究

针对提高风电机组切出风速增大发电量会造成机组载荷过大等问题,基于叶素理论、惯性定律等力学基本理论对机组各部件载荷进行了理论计算研究,提出了一种提高切出风速限功率运行的方法,以NWP和NTM风模型作为仿真条件,利用bladed载荷仿真软件,对某公司2 MW风电机组开展了提高切出风速限功率运行的仿真试验研究。研究结果表明,在机组设计载荷范围内,通过提高切出风速限功率运行的方法可以提高理论年发电量约0.76%,机组各部件等效疲劳载荷随功率的增加而增大,极限载荷随输出功率的变化呈不同变化趋势,其与理论分析基本一致。该研究结果为计算MW级风电机组包络载荷、设定切出风速提供了参考。     

铁路风速传感器现场校准装置研究

针对目前铁路上广泛使用的WXT520超声波风速传感器存在检定及校准效率低、精度低、时间长等一系列问题,基于皮托管测量风速的原理,结合风洞设计理论,设计了一种能够快速、准确地提供均匀和稳定风源的低成本可移动微型低速风洞。通过将皮托管风速的测量值与被检定传感器风速的测量值进行对比,实现在现场完成对风速传感器的校准。利用Solid Works建立了WXT520风速传感器和低速风洞的三维模型,并导入Fluent中进行仿真计算。仿真结果表明,该风洞满足传感器的校准要求,并通过实验进行了验证。     

不同类型横风下高速列车气动性能研究

为研究不同类型风载荷下列车空气动力学性能,数值模拟了列车在均匀风和指数风两种不同类型横风作用下的气动特性。建立列车空气动力学模型,通过网格独立性检验选取合适的仿真计算网格。研究均匀风和指数风对列车迎风侧来流速度、列车气动力、车体表面压力和列车周围流场特性的影响。相比指数风载荷,均匀风条件下列车迎风侧来流速度较大,列车受到的侧力和倾覆力矩要大18%左右。通过对比列车在平地、复线路堤两种轨道基础形式上运行时空气动力学性能差异,发现列车在复线路堤背风侧运行时气动性能较差。研究结果表明:均匀风和指数风载荷作用下的列车气动性能差异较大;在横风作用下头车受到的侧力与倾覆力矩最大,且安全性最差;列车在路堤背风侧轨道运行时受到的气动载荷大于平地运行时的列车气动载荷。     

起重机模型试验的相似性分析

运用相似性理论对起重机模型试验进行分析,并确定出模型试验的控制物理量,然后使用量纲分析法推导出进行起重机模型试验所需要的相似性准则,进一步讨论模型试验应遵循的条件及其放宽。最后,通过起重机结构模型的试验物理量的相似比计算说明上述相似关系的应用。     

采煤机螺旋滚筒动态截割过程研究

为研究采煤机螺旋滚筒动态截割过程动力传递规律,基于相似理论建立螺旋滚筒模型与原型的相似准则,确定了模拟螺旋滚筒结构参数、运动学参数及截割材料特性参数,应用三维实体建模软件Pro/E、离散元分析软件EDEM联合仿真分析验证原型滚筒和模型滚筒动态截割过程中煤颗粒运动轨迹、量变规律、滚筒装煤率、滚筒载荷等性能。验证结果表明:原型滚筒和模型滚筒在截割过程中煤颗粒流动轨迹一致,截落的煤分布规律相似,载荷波动规律一致,滚筒装煤率预测误差1.82%,载荷数值误差小于2.1%,装煤率和载荷均值均满足推导的相似关系,验证了螺旋滚筒相似准则正确性。     

高性能风洞颤振模型的性能精确制造研究

复合材料结构相似风洞颤振模型是一种先进的颤振模型结构形式,对于新一代飞机研制所必经的风洞颤振试验有重要意义。对于先进的风洞颤振模型,其模型外形几何参数以及整体刚度、刚度分布、整体质量、质量分布等特征参数均有较高的精确性要求,加之复合材料性能组成复杂,加工性能较差,传统制造方法不能实现对于该类产品的性能参数的精确保证,因此需要新的制造方法。针对复合材料结构相似风洞颤振模型的制造难题,利用复合材料的力学性能可设计性,实现对于颤振模型性能参数的精确保证,并提出了一种针对模型性能参数的精确制造方法。以此方法制造了一系列机翼,尾翼颤振模型。工程实践证明,该方法可以有效保证颤振模型的几何与性能特征参数的精确性。