低真空管道磁浮系统结构参数优化理论研究

针对低真空管道磁浮系统结构参数设计存在的问题和不足,提出了一种基于正交理论和流体力学仿真相结合的参数设计方法,采用多因素正交试验方法,以列车气动阻力为评价指标,研究阻塞比、管道压力和运行速度对列车气动阻力的影响趋势,并采用极差分析和方差分析,确定各因素影响的主次顺序以及不同因素对列车气动阻力影响的显著性,获得最佳参数方案。试验结果表明:阻塞比对列车气动阻力的影响程度最大,管道压力的影响程度最小,且阻塞比和运行速度对列车气动阻力的影响最显著,管道压力不显著,获得较优的方案为阻塞比取0.1、运行速度取600 km/h、管道压力取700 Pa,优化结果将为低真空管道磁浮系统设计提供理论依据。     

横通管道参数对真空管道列车运行阻力的影响北大核心CSCD

为了探究横通管道参数(横通管道长度、横通管道间隔、横截面积大小)对真空管道列车运行阻力的影响,本文在Fluent中对不同运行工况的列车进行数值模拟,通过数值模拟得到列车在带横通管道的真空管道交通系统运行时的运行阻力。结果显示,带有横通管道的真空管道列车的运行阻力与单真空管道列车的运行阻力相比大幅降低。随着横通管道长度的增加,列车运行阻力先降低后小幅度上升,管道长度达到8 m时再增加长度对列车运行阻力影响较小;随着横通管道间隔增加,列车运行阻力先增大后降低,间隔达到2.5倍车身长度时,列车受到的运行阻力小幅度波动;随着横通管道横截面直径由1.0 m增大到2.0 m,即横截面积由0.79 m^(2)增大到3.14 m^(2)时,列车运行阻力随着横截面积的增大近似线性下降。     

真空管道结构模拟试验系统研制与试验验证北大核心CSCD

为研究真空管道运输系统管道结构在真空度和温度载荷作用下的结构力学问题,应用相似理论制作了应力相似比为1的真空管道模型,研制了真空管道结构模拟试验系统。系统由模型管道、真空系统、温度控制系统和数据采集系统4个子系统构成,具备真空度-温度耦合环境的模拟能力。在真空度0~95 kPa、温度30~60℃范围内,可以对真空管道结构力学性能开展试验研究。应用该系统完成了2组测试试验,结果表明,模型管道的结构应力与真空度和温度均呈线性递增关系;真空度和温度对管道结构的作用效果相互独立,对管道横截面不同位置的作用效果差异较大。试验系统实现了对真空管道运行环境的模拟和管道结构力学行为的监测,提供了真空管道力学行为的一种试验方法,为其在水土压力、列车运行载荷等更复杂条件下的力学性能研究奠定了基础。     

基于RBF和BP神经网络的低真空管道高速列车气动阻力预测对比研究北大核心CSCD

为了实现对低真空管道中运行列车的最大阻力预测研究,本文采用数值仿真和神经网络结合的方法。选取不同阻塞比、运行速度和管道压力,利用流体仿真软件计算100种运行工况下列车的最大阻力;以96组仿真数据作为网络模型训练样本,选取RBF和BP两种三层神经网络,经多次调试确定最佳隐层神经元数目,利用训练函数训练两种预测模型;利用随机选取的4组验证样本验证两种网络模型。研究表明:RBF和BP神经网络模型能较好的预测列车在真空管道中运行的最大阻力,其中RBF神经网络预测值的最大误差不高于5%,相比BP神经网络,RBF预测精度更优。     

真空管道双层衬砌结构力学特性研究北大核心CSCD

为了保证真空管道运输系统的密封性能,提出了盾构管片与二次衬砌组合的真空管道结构。基于双层衬砌数值仿真模型,以上海淤泥质粘土为模拟地层,分别分析了复合式衬砌结构和叠合式衬砌结构真空管道的内力分布。在与常规盾构隧道内力对比的基础上,分析了复合式和叠合式两种结构形式的真空管道内力分布差异、压差荷载引起的轴力增量及层间接触压力等力学特性,探讨了压差荷载、竖向荷载、结构形式等因素对双层衬砌结构内力的影响规律。结果表明:双层衬砌结构的真空管道在压差荷载作用下对衬砌的弯矩无影响,但会引起轴力增量;当竖向荷载较小时,压差荷载会使真空管道双层衬砌结构产生脱离区,脱离区随着竖向荷载的减小逐渐发展扩大;复合式真空管道的管片、二衬的弯矩量值大于叠合式真空管道;在较大的荷载条件下,复合式真空管道横断面轴力分布不均匀比叠合式真空管道更加凸显。     

真空管道高速列车首尾平均压差变化规律研究

为了探究列车马赫数、真空度、阻塞比对真空管道高速列车首尾平均压差的影响,本文建立了三节车组的真空管道交通系统模型,运用局部网格加密技术,在Fluent中采用Realizable湍流模型,得到真空管道交通系统的压力场,分析列车首尾平均压差的变化规律.结果显示,列车马赫数、真空度、阻塞比的增加都会使得列车首尾平均压差变大....     

填充二氧化碳的低温真空管道绝热性能研究北大核心CSCD

填充二氧化碳(CO_(2))的真空绝热结构在低温下因其真空度提升而改善绝热性能,有望被用于低温工程的绝热层。建立并验证了填充空气和CO_(2)的真空绝热板的热导率计算模型,并比较采用空气和CO_(2)填充时真空绝热板的绝热性能;针对有填充材料的真空绝热层建立了表观热导率计算模型,预测了不同条件下管道绝热层的表观热导率。结果表明,当其它条件相同且填充物为玻璃纤维时,填充气体为CO_(2)的真空绝热层的表观热导率低于填充空气的绝热层;相较于二氧化硅气凝胶,绝热层内填充玻璃纤维的绝热性能更佳;当CO_(2)填充压力为10 Pa时、绝热层平均温度为140 K时,表观热导率小于1 mW/(m·K);当CO_(2)填充压力为100 Pa、绝热层平均温度为210 K时,该结构用于LNG输运管道绝热层的表观热导率约为聚异氰脲酸酯硬泡(PIR)的1/10。预制的CO_(2)冷凝真空绝热结构在低温工程领域(如低温液体输送管道)具有较好的应用前景。     

中低速磁浮轨道结构垂向振动传递特性研究EI北大核心CSCD

为研究中低速磁浮轨道结构的垂向振动传递特性,基于室内试验与振动理论,建立轨道结构频域分析模型,以结构垂向导纳,位移与力的垂向传递率为评价指标分析了结构的垂向振动传递特性。探究了扣件垂向刚度、扣件垂向阻尼、轨枕支承间距、F轨顶面厚度以及轨枕翼缘厚度对于结构垂向振动传递特性的影响。研究表明:中低速磁浮轨道结构的垂向振动可分为低频整体振动与高频局部振动两个阶段,且结构整体振动时力与位移的垂向传递率较高;F轨沿结构纵向上的垂向位移导纳变化并非随着与激励点距离的增大而减小,而是与结构在不同频率下的振型有关;扣件垂向阻尼增大对力与位移的垂向传递均有抑制作用,其中对于力的垂向传递抑制更加明显;扣件垂向刚度、轨枕支承间距、F轨顶面厚度以及轨枕翼缘厚度都会使结构局部刚度发生改变,从而影响力与位移垂向传递的峰值与频率。     

舰用燃气轮机支架缩比模型试验方法研究EI北大核心CSCD

关键部件冲击试验是舰用燃气轮机抗冲击设计的必要考核手段。针对某燃气轮机支架系统抗冲击试验问题,首先,采用相似理论与等效冲击相结合的方法,选取与支架系统动力特性相关的物理量并推出相似关系。其次,确定支架冲击试验材料并通过试验得到力学特性,分析其受到的载荷、固有频率及模态振型。最后,提出一种燃机支架系统的缩比试验模型及试验方法,并通过有限元模型进行模态分析和冲击仿真计算,验证了支架缩比试验模型与原模型的等效性。结果表明:缩比试验模型一阶、二阶固有频率与原模型的相对误差均在10%以内;相对位移响应误差为13.69%,绝对加速度响应误差为3.18%,相对误差均在20%内,满足工程要求。验证了支架系统缩比模型及试验方法的有效性,为燃机支架系统抗冲击试验提供技术支撑。     

多阶适时控制连接装置设计参数分析EI北大核心CSCD

为明确MTC装置力学性能及设计参数影响的一般规律,针对力学性能开展拟静力试验研究,并采用有限元模型进行验证分析,在此基础上基于正交试验设计开展MTC装置初始刚度参数影响显著性分析,并探究MTC装置初始刚度在显著性参数影响下的变化规律。结果表明,考虑装配间隙调整后有限元与试验所得连接刚度较为一致,所建有限元模型可反映MTC装置连接刚度实际变化情况;MTC装置初始刚度参数影响显著性顺序为耗能挡板高度、厚度、短底边长度、长底边长度、挡板间距;耗能挡板高度、厚度及短底边长度为影响MTC装置初始刚度的显著性参数,利用MTC装置进行连续梁桥抗震设计时可适当改变三者取值对装置初始刚度进行调整,以实现理想减震效果。     

LNG低温真空管道真空度测试试验台设计与应用北大核心CSCD

为了研究温度变化对液化天然气(LNG)低温真空管道真空度的影响,文章基于表面温度法与温度场原理测量真空度的方法,设计出了一套基于温度法的高精度测量LNG低温真空管道真空度试验台。该低温真空管道真空度测试试验台以高真空多层绝热作为绝热方式、以多层反射层和隔热层组成的保温层作为绝热材料、以奥氏体不锈钢作为低温绝热管道的材料、以5A分子筛作为吸附残余气体的吸附剂,以低温液体容器、模拟服役管道、低温液体缓冲区、真空度和温度测试单元模拟实际中的真空管道,只需要通过测量真空管道外管外壁温度及对应的环境温度,获得其真空度。文章所设计的LNG低温真空管道真空度测试试验台攻克了目前真空管道中无法直接测量管道真空度的难题。     

海底真空管道合理支撑间距测算模型与数值分析北大核心CSCD

海底真空管道(SVT)是一种适合穿越海峡、海湾的新型交通方式,其特征是在海床上每隔一定距离修建管墩,其上铺设管道,管道内抽成真空,供车辆高速行驶。由于海水对管道具有浮力作用,有效抵消管道重力荷载,减轻管道弯曲应力,使得管墩对管道的支撑间距可以较大。根据海底真空管道断面结构,分析管道固有频率取值,建立基于刚度条件和基于强度条件的支撑间距测算模型,计算管道自身静荷载、海水浮力荷载,推导单位长度上车辆许允重量算法,进而建立基于车辆动荷载的最大支撑间距计算模型。依据各模型,按钢质管道管径2～3. 4 m,管壁厚度10～30 mm,计算管道最大支撑间距,并进行数值分析。海底真空管道管墩合理支撑间距大于100 m,最大可达500 m,必要时中间加设张力腿。主要制约因素不在管道强度方面,而在于管墩抗压、抗拔和抗横向作用力的能力。提出海底真空管道预浮力法和预重力法概念以及管道设计原理。     

活塞式调节阀阻塞流研究北大核心CSCD

阻塞流是阀门的一种极限工况。此工况呈现复杂的多相流状态,是常用于标定调节阀的重要特性参数。此外,阻塞流对阀门损伤较大并严重影响其使用寿命,从而研究阀门的阻塞流具有非常重要的意义。为研究活塞式调节阀阻塞流特性,基于计算流体力学方法建立活塞式调节阀两相流仿真模型,与实验数据进行对比验证了该模型的准确性;依据该仿真模型得到活塞阀阻塞流流量并计算液体压力恢复系数;最后依据仿真结果对阻塞流进行了研究。结果表明:活塞阀液体压力恢复系数为0.86,初生空化系数为2.45;阻塞流时活塞阀空化指数为1.11,节流元件壁面和射流中心区域压力过低,严重的闪蒸和持续的两相流是造成阻塞流的原因。该研究建立了一种基于仿真技术的阻塞流可视化研究和阀门特性参数获取方法,对调节阀的研究与应用具有重要的参考意义。     

基于贝叶斯理论嵌套抽样的结构物理参数识别研究EI北大核心CSCD

基于贝叶斯估计的结构物理参数识别中,传统马尔可夫蒙特卡洛抽样(MCMC)在解决高维密度函数问题时往往存在抽样效率低、不收敛等问题。采用嵌套抽样方法代替传统的马尔可夫蒙特卡洛抽样,解决了结构物理参数识别中高维后验联合概率密度函数问题。首先从结构加速度时程响应时程出发,建立了后验联合概率密度函数,然后重新定义了结构参数先验分布与似然函数,实现了基于嵌套抽样的结构物理参数识别。采用该方法分别对10层剪切结构数值模型与3层RC框架结构振动台试验模型进行识别,得到了结构刚度及阻尼比等参数,并与试验现象进行了对比。结果表明,该方法可以解决贝叶斯公式高维后验联合概率密度函数问题,且能高效识别结构物理参数,同时也验证了该方法在真实结构物理参数识别与结构损伤识别中的适用性与可靠性。     

直线压缩机盘簧理论与试验研究EI北大核心CSCD

谐振系统是实现直线压缩机往复运行的关键部件,而用于斯特林制冷机的板弹簧,轴向刚度低、成本高,并且在大振幅运行时易发生疲劳断裂,不适用于大制冷量的民用制冷领域。针对以上问题,设计了一款圆柱臂螺旋盘簧(以下简称盘簧),并基于能量守恒法和莫尔积分法分别建立了盘簧的轴向和径向刚度理论模型,并通过试验验证了理论模型的误差小于6.88%;对装配有盘簧的动磁式直线压缩机进行测试,结果表明,在压缩机动态运行中,所设计盘簧能够保持轴向刚度的恒定,并在一定程度上对活塞起到径向支撑作用,使活塞与气缸之间的阻尼比为0.104 7。最后,对具有相同外径的板弹簧和盘簧进行了相比,得到盘簧的固有频率是板弹簧的1.56倍,最大等效应力可降低41.2%。在达到相同疲劳寿命时,盘簧允许的最大振幅是板弹簧的1.53倍,验证了盘簧在直线压缩机上的应用是可行的。     

百合真空旋蒸干燥工艺优化北大核心CSCD

为了探究百合干燥新工艺,提高百合干品质,缩短干燥周期,本文试用真空旋蒸技术进行干燥脱水的试验研究。试验研究了真空干燥温度(55、60、65、70和75℃)、干燥真空度(0.06、0.07、0.08和0.09 MPa)和干燥转速(0、60、120和180 r/min)对百合干燥特性和品质的影响,以维生素C含量、复水比和色泽(L~*、a~*、b~*和E~*)作为品质指标。同时,采用Box-Behnken试验设计构建二次多项式回归方程模型以及百合真空旋蒸干燥较优工艺条件。单因素试验中真空干燥温度、干燥真空度和干燥转速对百合真空干燥特性均有极显著影响(p<0.01),其中干燥温度和真空度对百合片维生素C含量也有极显著影响(p<0.01),干燥转速有显著影响(p<0.05),各因素对维生素C含量的影响均呈现先上升后下降趋势。响应面试验分析中,各因素对百合片干燥综合评分的影响顺序为干燥温度=干燥真空度>干燥转速。百合真空旋蒸干燥最佳工艺参数为干燥温度70℃,干燥真空度0.08 MPa,干燥转速80 r/min,所需时间5.5 h,测得维生素C含量13.98 mg/100 g,复水比2.01,色泽ΔE~*值9.26。试验表明真空旋蒸干燥工艺后,百合片品质优秀,较热风干燥和真空冷冻干燥干燥时间大大缩短,研究结果可为真空旋蒸干燥技术在百合干燥工业生产中的应用提供借鉴。     

非对称线路车-桥气动特性风洞试验研究EI北大核心CSCD

为了研究线路的非对称性布置对列车和桥梁系统气动特性的影响,开发了一种同步测试车-桥气动力的装置,通过本装置对线路非对称布置的大跨度公铁两用斜拉桥进行了节段模型风洞试验。考虑了下层铁路和下层公路分别为迎风侧的工况,测试了不同车-桥组合下车辆和桥梁各自的气动力,讨论了线路非对称布置、风攻角、双车交会和汽车对车-桥系统气动特性的影响。结果表明:相对下层铁路侧迎风工况,下层公路迎风侧的桥梁升力系数和扭矩系数差别较大,且车辆升力系数也变化较大;桥梁和车辆的阻力系数随风攻角的增加而减小;双车交会时,背风侧车辆阻力系数发生突变;受公铁平层防眩网的作用,汽车对列车气动特性影响相对较小。     

三主桁断面车-桥气动特性的风洞试验研究EI北大核心CSCD

为研究三主桁断面车-桥组合系统的气动特性。以某大跨度斜拉桥为工程背景,采用节段模型风洞试验,通过开发的车-桥气动力同步测试装置对车-桥组合状态下各自的气动力进行测试,研究了线路位置、双车交会间距、风攻角等因素对车-桥系统气动特性的影响,分析紊流来流对车-桥气动特性的影响,并讨论列车气动导纳的特征。结果表明:由于绕流剪切层的影响,靠近迎风侧车辆阻力系数大于其他线路,线路2上列车的升力系数最大;双车交会时,背风侧车辆的阻力系数和升力系数随交会间距的增大而增大;受桁架自身绕流的影响,紊流来流对列车气动力功率谱影响较小;阻力和升力的气动导纳随折减频率呈现先增后减的趋势。     

基于RBF和BP神经网络的低真空管道高速列车气动阻力预测对比研究

为了实现对低真空管道中运行列车的最大阻力预测研究,本文采用数值仿真和神经网络结合的方法。选取不同阻塞比、运行速度和管道压力,利用流体仿真软件计算100种运行工况下列车的最大阻力;以96组仿真数据作为网络模型训练样本,选取RBF和BP两种三层神经网络,经多次调试确定最佳隐层神经元数目,利用训练函数训练两种预测模型;利用随机选取的4组验证样本验证两种网络模型。研究表明:RBF和BP神经网络模型能较好的预测列车在真空管道中运行的最大阻力,其中RBF神经网络预测值的最大误差不高于5%,相比BP神经网络,RBF预测精度更优。     

不同参数四极杆组件宽质量范围性能仿真北大核心CSCD

四极质谱计应用需求的不断扩大对四极杆组件需求量迅速增加,为满足大批量、通用化要求需研发几种固定尺寸的模块化四极杆组件,再设计不同的射频电源来满足应用需求。基于四极电场和离子运动理论,使用离子光学仿真软件SIMION对电场分布和离子运动轨迹进行了建模和计算分析。仿真分析结果表明,在所选定仿真参数下,场半径主要决定大质荷比离子通过率曲线形状,其对不同质荷比离子通过率影响不同,对分辨率的影响随质荷比增大而减小;质荷比越小,离子稳定分离所需杆长越长,达到所需杆长前,离子通过率随杆长增加而减小,分辨率相反;直交比的增加会减小通过率、提高分辨率,对大质荷比段影响更大;频率的增加在全质荷比提高分辨率,增加低质荷比通过率,但显著降低大质荷比通过率;大尺寸杆特别适用于低质荷比离子分析,用于大质荷比时必须采取降低边缘场影响的措施。研究结果可为不同应用目的四极质谱计的设计提供参考。