基于柔性多体动力学的地铁车辆动态行为研究

为了更准确地研究地铁车辆的动态特性,详细考虑了地铁车辆关键零部件的结构弹性,提出一种基于柔性多体动力学的地铁车辆动态行为研究方法。首先,建立地铁车体和构架等关键零部件的有限元模型,然后基于子结构理论及Guyan缩减矩阵法对其进行缩减,并结合多体动力学理论形成最终的地铁车辆刚柔耦合动力学模型,采用该模型研究不同线路条件下的地铁车辆动态特性。同时,建立地铁车辆刚体动力学模型,与上述刚柔耦合模型进行对比,研究结构弹性对地铁车辆动态特性的影响。研究发现：在不同线路激扰条件下,刚柔耦合模型与刚体模型的计算结果有较大差别,考虑结构弹性会增大车体振动和脱轨系数等指标。因此,在对地铁车辆运行安全性和乘坐舒适性进行评估时,应考虑车辆的结构弹性。     

基于空间六自由度的振动筛完整动力学模型动态特性研究

振动筛的动态特性是研究其工作性能的重要指标,筛体的运动表现为空间中6个方向之间的耦合.为准确分析筛体的运动特性,基于拉格朗日法,建立了空间六自由度完整动力学模型,在此基础上,通过龙格-库塔法对动力学模型进行了数值求解,给出了筛体无电机一侧出料端与入料端及质心位置的运动轨迹,利用解析的方式求解出了筛体的空间模态、筛体的小阻尼与无阻尼状态下的幅频特性曲线;对样机进行了振动试验测试,并与数值计算结果中3个位置的振动幅值及运行轨迹长轴角度进行了比较分析.结果表明：振动筛结构参数与减震弹簧参数均会导致筛体耦合运动的产生,当激励频率接近各自由度对应的固有频率,其余自由度也会受到影响而发生共振,阻尼的存在会减小这种影响;动力学模型数值计算结果与试验测试结果一致性很高,二者误差基本在10%以内,振动筛空间六自由度动力学模型具有较高的准确性.     

安装新型铅减震器的500kV氧化锌避雷器抗震

500kV氧化锌避雷器为重心较高的单级电器设备,在地震作用下弯曲变形占据较大的比例,而其本体材料为脆性材料且根部承受弯矩的能力有限,因此这类电器设备在强烈地震作用下极易损坏.为避免地震对这类设备的损坏,在避雷器底部安装了新型铅减震器.对500kV氧化锌避雷器三维有限元分析表明:新型铅减震器不仅可以降低这种避雷器顶部的加速度反应和位移反应,而且使其瓷套管底部应力减少61%以上,且输入地震动越强,减震效果越明显;此外,新型铅减震器可为避雷器提供一定的初始刚度.计算与试验结果比较吻合,证明所建立的三维有限元避雷器模型是合理的.     

列车—轨道—地道桥时变系统振动分析

建立了列车—轨道—地道桥振动分析模型，其中车辆(包括机车)表示成19个自由度的多刚体系统模型，直线轨道离散成30个自由度的空间轨道单元，地道桥划分为46个自由度的空间框架单元；运用弹性系统动力学总势能不变值原理和“对号入座”法则形成空间耦合时变系统的振动方程；根据振动能量随机分析理论，以人工构架蛇行波和轨道竖向不平顺为激振源，对该系统的各种响应进行分析．计算结果与实测结果比较接近，表明所建立的车轨桥模型和采用分析方法用于地道桥车振分析切实可行．     

粘弹性阻尼对柔性多体系统瞬态响应的影响

对粘弹性材料阻尼对柔性多体系统动力学瞬态响应的影响进行数值研究，用Ｊｏｒｄａｎ变分原理建立系统动力学方程，采用独立铰坐标描述相邻物体间的大位移运动，用一致质量有限单元法对变琪体进行离散，并引入振动正则模态降低弹性自由度的数目，对系统中的粘弹性部件工程中常用的Ｋｅｌｖｉｎ－Ｖｏｉｇｔ模型，文末计算了两弹性臂机器人操作手在不同阻尼系数下的动力学响应，并与线弹性模型进行比较。     

钢板弹簧动力学建模及建模参数影响分析

采用等效中性面简化的离散BEAM单元法建立钢板弹簧多体动力学模型,对建立的模型进行仿真分析,并与试验结果进行对比;将该模型植入悬架系统及整车模型中,分析对钢板弹簧总成特性影响较大的建模参数对车辆性能的影响.研究表明:离散BEAM单元法建立的钢板弹簧模型能够较真实准确地模拟钢板弹簧的总成特性;具有过度转向或过大的不足转向特性的车辆可以选取合适的卷耳形式,通过降低或提高卷耳位置来获取期望的不足转向度.     

塔式起重机柔性臂回转制动过程动力分析

基于塔式起重机回转制动工况的实际模型,抛弃吊臂为刚体且作匀减速运动这一假设,在柔性塔身和吊臂的相对转动之间施加一阻力矩,视吊臂为柔性体,并考虑塔身的弹性变形,将塔机等效为平面柔性多体系统,考虑吊臂大运动和变形之间的耦合,建立了塔机回转制动工况的动力学分析模型,并以某实际塔机为例证明了本模型的正确性。吊臂在作减速运动的同时还和塔身一起发生振动。     

ADAMS在汽车操纵稳定性仿真中的应用研究

运用ADAMS软件建立了C型车多自由度整车多体动力学仿真模型,详细分析了前悬架系统、后钢板弹簧系统和轮胎模型,同时提出了一种建立钢板弹簧多体模型的新方法———中性面法,并对不同方向盘转角及改变整车质心位置下的操纵稳定性进行了动力学仿真.经过与实际车型性能比较,该模型与分析结果是准确、可靠的,可应用于汽车平顺性研究中.     

喷水推进型水下滑翔机的水平翼参数配置及定常运动分析

以喷水推进型水下滑翔机为研究对象,对比理论计算、数值仿真和拖曳试验结果,验证数值仿真方法计算水动力的准确性.考虑水平翼对水下滑翔机滑翔效率和静稳特性的影响,通过设计正交仿真试验和利用惠克公式确定水平翼的参数配置.基于刚体六自由度动力学模型,建立喷水推进型水下滑翔机的动力学模型,对定常滑翔运动和水平面回转运动进行运动仿真.结果表明,滑翔运动时,随质心调节位移的增加,攻角减小、滑翔角和滑翔速度增大;水平面回转运动时,随舵角增大,回转半径和回转周期减小,并且航速越快,尾舵调节效果越好.研究结果对喷水推进型水下滑翔机的设计与应用具有指导意义.     

高压电气设备地震时程响应分析

在采用质量 -弹簧模型研究设备自振频率的基础上 ,应用空间结构有限元分析程序对几种典型高压电气设备在地震作用下的动力反应进行了计算 .利用直接积分法得到设备底部瓷套管根部的内力时程曲线 ,并找出相应的最大内力值 ,同时给出了设备顶部瓷套管的顶部位移最大值 .计算结果能较好地符合实际情况 ,可为电力设施的工程抗震提供参考 .     

摩擦-弹簧水平隔震系统的模型与设计

为解决空间网格结构三维复合隔震的水平隔震问题,提出了一种摩擦-弹簧水平隔震装置.新开发的水平隔震系统依靠摩擦滑移隔震,由并联弹簧实现震后复位.针对隔震与复位,建立了装置的力学模型,通过目标隔震周期导出了摩擦系数与滑移幅值间的关系式,并依据滑移幅值确定了复位弹簧的刚度计算方法.同时依据力学模型,给出了水平隔震装置的设计方法.     

基于水平单向偏心结构的二维MPA方法

目前结构性态评估方法的研究基本都是以单自由度体系和单向地震动输入为前提的,而实际地震动的多维性、结构的空间耦合特性使目前基于单自由度体系的结构性态评估方法存在较大的局限性。本文在对水平偏心结构模态分析的基础上,建立了单向水平偏心结构的等效二自由度模型（EDDOF）,用以表征单向非对称结构体系的平扭耦联效应。然后对EDDOF体系进行了振动特性分析,在验证EDDOF模型正确性的基础上,提出了二维MPA方法（2DMPA）,并通过一个偏心钢框架结构算例验证了2DMPA方法的正确性。结果表明：本文提出的二维MPA方法可以精确描述单向非对称结构的弹性地震反应,在非弹性情况下的精度较高,可用于偏心结构的性态评估。     

预制钢骨混凝土柱—钢梁组合节点试验研究

针对装配式混凝土结构中梁柱节点连接构造复杂、施工效率低等问题,设计开发了一种预制钢骨混凝土柱—钢梁组合节点,通过拟静力试验,研究不同梁端连接方式对新型节点抗震性能的影响。结果表明：不同梁端连接方式的节点试件均为梁端受弯破坏,破坏位置在翼缘连接板处,实现了节点域附近塑性铰外移的效果;翼缘连接板和混凝土的应变受梁端连接方式的影响较大,钢梁腹板、H型钢骨和纵向钢筋的应变受到的影响相对较小;栓焊混合节点和螺栓节点属于半刚性连接,焊接节点属于刚性连接;各试件的滞回性能良好,承载力和刚度退化性能稳定,延性系数在4.03~11.84之间,等效黏滞阻尼系数在0.24~0.36之间。该类型节点具有良好的承载能力和抗震性能,能满足现有抗震设计要求。     

A two degree of freedom stable quasi-zero stiffness prototype and its applications in aseismic engineering

In this paper, an archetypal aseismic system is proposed with 2-degree of freedom based on a smooth and discontinuous(SD)oscillator to avoid the failure of electric power system under the complex excitation of seismic waves. This model comprises two vibration isolation units for the orthogonal horizontal directions, and each of them admits the stable quasi-zero stiffness(SQZS)with a pair of inclined linear elastic springs. The equation of motion is formulated by using Lagrange equation, and the SQZS condition is obtained by optimizing the parameters of the system. The analysis shows that the system behaves a remarkable vibration isolation performance with low resonant frequency and a large stroke of SQZS interval. The experimental investigations are carried out to show a high sonsistency with the theoretical results, which demonstrates the improvement of aseismic behavior of the proposed model under the seismic wave.     

外串联间隙型避雷器对高架桥接触网的雷击防护

雷电流在接触网上产生雷击过电压,对牵引系统安全运行造成隐患。传统氧化锌避雷器(metal oxide surge arrester,MOA)存在耐冲击能力差、放电特性较差及内部漏电流等问题,当高架接触网遭受雷击时,会造成避雷器击穿及接触网绝缘子闪络。针对此问题,提出了采用外串联间隙型避雷器(external series gap arrester,ESGA)防护措施。利用其间隙放电特性对接触网上的雷击过电压进行限制,保证接触网正常运行。采用接地网建模方法对高架桥牵引系统接地冲击阻抗进行等效,并建立高架区段接触网系统等值电路。通过对两种不同类型的避雷器以及接触网雷击跳闸率仿真,结果表明,采用间隙型避雷器的防护放电特性和耐雷击特性更强,雷击跳闸率更低。     

摩擦滑移水平隔震支座的性能试验

对一种新型的聚四氟乙烯板摩擦滑移水平隔震支座进行了性能试验,支座由聚四氟乙烯摩擦滑移装置隔震,而并联的水平弹簧使其在震后具有复位能力.试验测定了不锈钢板与聚四氟乙烯摩擦片间的摩擦系数及支座在简谐激励与地震激励下的滞回性能,并对竖向输入动压力时支座的滞回特征进行了测试.结果表明,滑移速度、竖向压力及地震激励的类别是影响摩擦系数与滞回性能的主要因素,为支座理论模型的建立提供了基础.     

智能轮椅担架车的折展机构设计与分析

针对智能轮椅担架车折展状态之间的转换难题,提出单自由度5杆机构,对该机构进行详细的设计与分析. 通过最小包容面积法,得出扶手连杆和连架杆的最优尺寸,分别为507.9和332.5 mm;基于连杆机构的静力学分析,采用6根扭簧和RV减速电机作为连杆机构的驱动装置,减少了电机的驱动力矩,整体结构紧凑. 根据优化参数和驱动装置的计算结果,开展智能轮椅担架车折展机构的设计,分析扶手构件在如厕状态和折展状态时的应力变化,验证了该构件强度的可靠性. 研制智能轮椅担架车,采用不同重量的实验人员进行折展机构的性能测试,从机构的运动过程和电机电流变化来看,所设计的驱动装置和优化参数结果合理.     

高烈度区斜拉桥横向约束方案优化分析

为了确定强震作用下斜拉桥合理的横向抗震约束体系,以可克达拉大桥为工程背景,采用非线性时程分析法,分析了4种横向约束体系即横向滑动体系、全限位体系、位移相关型减震体系和速度相关型减震体系对强震区大跨度桥梁地震响应的影响,重点对钢阻尼器的屈服荷载和黏滞阻尼器的位置及相关参数进行优化分析,并与其他体系的地震响应进行了对比。结果表明：在强震作用下,对于大跨度桥梁横向滑动体系和全限位体系均不是理想的抗震体系;而在墩梁、塔梁之间设置减隔震装置可以有效减少横桥向的墩梁、塔梁的相对位移及地震剪力和弯矩;然而,从桥梁正常使用的角度来看,塔梁之间布设横向钢阻尼器装置优于黏滞阻尼器装置。     

设有形状记忆合金自复位阻尼器隔震结构的地震反应分析

为了使隔震结构体系能够同时获得良好的隔震特性及震后自复位能力，利用形状记忆合金(SMA)材料的相变伪弹性性能，研制了一种SMA自复位隔震阻尼器，并将其与叠层橡胶垫联合应用，提出了一种新的自复位隔震装置．为了验证这种新型隔震装置的有效性，文中根据SMA材料的热力学本构关系，建立了有关热力学非线性方程的求解方法，并通过对这种隔震装置力学特性的深入研究，提出了相应的力学分析和计算模型，同时依据剪切型层模型理论．编制了这类隔震结构的弹塑性时程分析程序，进行了一些工程实例的计算分析．研究结果表明，这种隔震装置不仅可以大大减轻地震对上部结构的影响，而且还具有很好的震后自复位能力，为进一步研究自复位隔震装置的特性及层间隔震技术奠定了理论基础．