气动载荷对高速列车车体疲劳强度的影响

随着列车运行速度的提高,气动载荷对强度的影响越来越显著。为加强列车气动载荷强度,根据高速列车在线路运行实际情况设置了四种气动载荷工况:明线会车,隧道通过,隧道会车和侧风。利用空气动力学原理计算得到四种气动载荷工况的数值,将得到的数值施加到高速列车车体有限元模型上,进行气动载荷的静强度和瞬态响应分析。计算分析结果表明,四种工况下的静强度结果都小于车体材料的允许用的应力,最大位移变形均发生在车体底部;利用Fluent软件仿真获得列车在空旷地带以380km/h速度交会的气动载荷时间历程,接着在ANSYS软件中对车体完成气动载荷瞬态响应分析,得到气动载荷对车体结构强度的影响,为车体强度优化设计提供了参考。     

构造法在机翼气动载荷转换中的应用

针对机翼气动压力分布数据的离散性,构造任意点附近区域3种形式的压力场曲面函数,以有限元单元为积分区域积分得到该单元内的集中气动载荷,并将其按照最小变形能原理分配到有限元的节点之上.结合某型飞机的测压试验数据比较3种构造函数法求得的气动累积内力,结果表明构造连续的压力曲面函数求得的气动累积内力符合实际气动力的分布特性,满足实际工程需求.     

基于ANSYS Workbench的T形结构优化设计

针对T形结构传统设计周期长、材料利用率低、设计成本高等问题,使用SolidWorks建立数字模型,将其转换成ANSYS Workbench可读的格式文件,进行拓扑优化设计。对T形结构在载荷作用下进行最优化设计,建立以单元材料密度为设计变量,以结构最小柔顺度为目标函数,以质量减少百分比为约束函数的数学模型。采用ANSYS Workbench的Topology Optimization模块进行拓扑优化设计,对比优化前、后结构的应力和变形,可知运用拓扑优化技术实现T形结构的轻量化设计合理有效。     

复合材料磁悬浮列车车体结构数值模拟(Ⅱ)——车体结构性能数值模拟试验

以参数化磁悬浮列车车体有限元模型为基础，在各种载荷和边界条件下开展数值模拟试验，研究各种运营环境中车体结构的静力学和动力学性能。在Siemens NX中完成车体在各种典型载荷工况下的结构静力学和动力学性能模拟试验，包括车体结构载荷变形、车体主要连接部件结构力学性能、车体频率及振型、车体结构线性屈曲性能，以及车体动力响应性能等。数值模拟结果认为给定的复合材料磁悬浮列车车体设计可行，同时验证参数化车体有限元模型的有效性。     

基于大数据的高速列车气动载荷作用下迭代学习主动控制研究

列车在高速运行的过程中与另一列车相交会时,将产生剧烈的瞬态气动载荷冲击而引起车体瞬间横向振动加剧,导致列车横向平稳性恶化;为了改善列车运行平稳性,采用大数据方法及迭代学习控制思想,提出基于高速列车运行大数据的迭代学习主动控制算法,并进行多体动力学与控制算法的联合仿真,进一步研究控制算法对会车气动载荷幅值变化和会车时间变化的鲁棒性;结果表明:大数据迭代学习主动控制经过5次迭代后对会车气动载荷激扰下的车体横向振动峰值降低52.67%,且控制算法对会车工况变化有较好的鲁棒性。     

悬臂梁大变形的向量式有限元分析

为分析悬臂梁的几何非线性行为,用向量式有限元法将结构离散成质点系以及质点间的连接单元.根据牛顿第二定律得到每个质点在内力和外载荷作用下的运动方程以及悬臂梁在每个时刻的变形用该时刻质点系的运动表示.结合刚架元的节点内力和等效质量得出质点位移的迭代计算公式,采用FORTRAN编制计算程序,对悬臂梁分别承受集中载荷和弯矩下的大变形进行算例分析.计算结果与理论解吻合较好,表明该方法能很好地模拟分析悬臂梁的大变形.     

LNG船液舱围护系统安装平台简化分析模型与优化

为实现LNG船液舱围护系统安装平台的最优化设计,分别用MSCPatran和MSC Nastran建立三维模型、进行静力分析;根据力学等效原理将三维模型简化为二维模型,进行变形和支座反力分析计算,依据三维模型的计算结果对二维模型进行修正,使简化的二维模型在不同工况下的变形和支座反力与三维模型的基本一致;最后进行二维模型的灵敏度分析,挑选出对结构质量影响较大的截面尺寸作为设计变量,以节点位移作为约束条件,以结构质量最小化为目标函数,对二雏模型进行结构优化,使结构质量最小．结果表明该方法使安装平台在满足位移约束要求的前提下极大地减轻结构质量,达到优化目的．     

基于有限元刚架模型的骨架驱动网格变形算法

借鉴刚架结构在力的作用下的变形原理,将线弹性有限元方法应用于网格的变形设计中,结合骨架驱动生物运动的机制和线弹性有限元方法,提出一种运用形函数插值计算网格变形的造型算法.首先通过创建几何模型的低分辨率骨架建立有限元刚架模型,并计算网格模型顶点与梁单元自然坐标间的映射;然后交互地添加边界条件(如固支或铰支)、施加外部载荷...     

高速列车车内低频气动噪声预测

为研究气动载荷下高速列车的车内低频噪声,建立高速列车空气动力学模型,采用大涡模拟(Large Eddy Simulation,LES)法计算中间车的表面脉动压力.将脉动压力加载到高速列车的有限元模型上,通过瞬态分析得到车体的振动位移响应;将位移响应作为边界条件,采用边界元法(Boundary Element Method,BEM)分析车内噪声.结果表明：车窗振动位移最大,车顶和车底次之;中间车车厢的两端声压比中部大;在低频范围内,车厢内声压呈强弱交替分布,声场强弱界限较明显,且随着频率的增大,沿车体纵向和横向干涉条纹增多;车内低频气动噪声随速度二次方的增大而增加.     

基于APDL的ANSYS嵌入式配筋实现

以ANSYS为平台,应用APDL实现钢筋混凝土有限元模型中钢筋单元嵌入混凝土单元的功能.应用该方法可以在ANSYS中方便地建立复杂的钢筋混凝土分离式模型.利用Newton-Raphson方法求解等参数单元的坐标插值函数中被约束节点在自然坐标系下的坐标值,得到自然坐标系下节点对应形函数值,并将对应的形函数值作为约束方程中混凝土单元节点位移的分项因数,从而实现嵌入节点与被嵌入单元位移协调.计算结果与Marc的算例结果吻合良好,说明该方法合理.     

Contact and Deformation Modeling for Interactive Environments

Contact and deformation modeling for interactive environments has seen many applications, from surgical simulation and training, to virtual prototyping, to teleoperation, etc., where both visual feedback and haptic feedback are needed. High-quality feedback demands a high level of physical realism as well as a high update rate in rendering, which are often conflicting requirements. In this paper, we present a unique approach to modeling force and deformation between a rigid body and an elastic object under complex contacts, which achieves a good compromise of reasonable physical realism and real-time update rate (at least 1 kHz). We simulate contact forces based on a nonlinear physical model. We further introduce a novel approximation of material deformation suitable for interactive environments based on applying Bernoulli-Euler bending beam theory to the simulation of elastic shape deformation. Our approach is able to simulate the contact forces exerted upon the rigid body (that can be virtually held by a user via a haptic device) not only when it forms one or more than one contact with the elastic object, but also when it moves compliantly on the surface of the elastic object, taking friction into account. Our approach is also able to simulate the global and local shape deformation of the elastic object due to contact. All the simulations can be performed in a combined update rate of over 1 kHz, which we demonstrate in several examples.     

汽车防护栏刚度检测系统

近些年来,在发生的交通事故中,因货车将行人卷入车底而造成的伤亡越来越引起人们的关注.货车侧面防护栏是安装在车体两侧的侧面防护装置,对被碰撞对象起到保护作用,因此防护栏的刚度是否符合安全要求就显得尤为重要.汽车防护栏刚度检测系统,能够对汽车侧面防护栏刚度是否符合要求做出准确检测,能够对防护栏施加标准要求的静载压力,且对压力的检测误差在±0.5N范围内.同时能够准确地计算出防护栏因受力而产生的变形量,变形量计算误差在±1 mm范围内,并且能够判断防护栏因受力而产生的变形量是否符合标准的要求.     

气动力模拟器的实时控制分析与软件设计

飞行器实弹、实机测试前必须先进行地面半实物仿真,而空气动力负载模拟器是半实物仿真系统里的必备设备,主要用来模拟飞行器舵面受到的气动力负载,进而检验控制系统在载荷影响下的控制性能。飞行器一般具有很强的机动性,对应的气动力载荷谱幅值范围大,变化极快,所以气动力模拟器的控制实时性能要求极高,控制周期要快至微秒的水平,对软件设计提出了很高的要求。模拟器系统的测控通道很多,工况需求多样,所以软件架构复杂,需要针对模拟器的工况进行详细设计。本文分析了一个典型的气动力模拟器的控制需求,搭建了软件结构,设计了一个通用的控制软件。     

低雷诺数湍流模型的网格特征

低雷诺数模型目前主要应用于二维简单流动的数值仿真中,为研究该湍流模型在三维复杂流动计算中的网格特征,选取不同系列的车身面网格尺寸、车身壁面第一层边界层与壁面法向高度以及边界层层数等3组网格参数,利用ANSYS对阶背式MIRA模型外流场进行数值仿真.数值仿真结果与风洞试验的结果对比表明：数值计算得到的车身表面平均y+值随面网格尺寸增加而呈现减小趋势;网格方案对气动力因数和车身表面压力因数分布影响显著,气动阻力因数仿真值与试验值误差的变化区间为0.83%~7.93%,气动升力因数误差变化区间为10%~104%;气动阻力因数和气动升力因数均随着边界层层数的增加而增大,边界层层数为5时可以得到兼顾气动力因数精度和车身表面压力因数精度的较优仿真结果.     

基于FPGA的分子动力学模拟匹配单元设计

为减少分子动力学模拟中短程力计算的时间消耗,设计并实现基于现场可编程门阵列的分子动力学模拟匹配单元。理论上,分析了分子动力学模拟中粒子间作用力的物理规律,提出两种满足短程力计算要求的粒子对的筛选方法：偏序法和平面法。技术上,使用新兴的硬件描述语言SpinalHDL,在Xilinx Virtex UltraScale+ HBM VCU128 FPGA板卡上实现了匹配单元。最后,将硬件测试结果与理论结果进行对比,验证了匹配单元可以有效过滤掉对短程力计算没有贡献的粒子对。同时对使用偏序法、平面法和使用直接计算法两种不同情况下的资源消耗进行对比分析,表明使用偏序法、平面法可以节省系统70%的DSP资源。     

复合材料磁悬浮列车车体结构数值模拟(Ⅰ)——适应车体设计的参数化有限元模型

为适应高性能复合材料磁悬浮列车车体结构设计和轻量化要求,对由高性能碳纤维材料、铝合金和高性能玻璃材料组合而成的复合材料磁悬浮列车进行参数化设计,使用Siemens NX建立参数化磁悬浮列车几何模型和有限元模型,实现车体结构和连接结构的精确数值模拟,为基于数值模拟技术的磁悬浮列车车体设计打好基础。     

基于三菱PLC的AGV磁导航PID模糊控制与实现

为满足3 C产品自动化生产要求设计了一款实用型AGV,选择以三菱FX-3 U PLC为控制核心,采用磁导航循迹模式,以及差速式驱动方案。针对PLC模糊控制难点,解析了读取RFID卡所必须的Modbus协议,对输入量进行分区模糊处理,设计出基于磁条点位与路径不同来调整PID模糊控制因子的方案。建立运动方程并进行Matlab仿真,最后在生产车间测试该方案。测试结果表明,采用该算法使小车位姿能快速趋于稳定,最大跟踪误差保持在±5°以内,因而可显著提高AGV快速路径跟踪能力,具有较强的鲁棒性。     

76 000 DWT散货船半立体分段在不同支撑下的有限元计算

针对76 000 DWT散货船机舱区半立体分段在船台总组后由于支撑原因而变形过大的问题,采用有限元仿真计算其在实际支撑状态下的应力和变形,通过改进总组后的支撑方案控制分段的变形,为总组过程快速搭载打好基础.     

多模式刚柔结合欠驱动抓取机构的设计、分析与实验测试

结合刚性欠驱动抓取机构与柔顺机构,提出一种多模式刚柔结合欠驱动抓取机构,并对所提出的机构进行分析与实验研究。基于刚体替代法,设计了二指多模式欠驱动抓取机构的刚柔结合方案。运用正运动学分析与载荷平衡方程,对驱动单元进行静力学建模。结合伪刚体模型法、载荷平衡方程与操作对象平衡位置枚举搜索,建立两点抓取与包络抓取模式下抓取力与驱动力矩的关系式。将驱动单元静力学建模与抓取单元静力学建模相结合,可以得到完整的多模式抓取力模型。进一步地,考虑由于接触引起的柔性杆件变形,结合线性插值,对抓取力模型进行修正。基于修正后的抓取力模型,对机构尺寸参数进行优化设计,综合提升机构在两点抓取模式和包络抓取模式下的载荷输出性能。RecurDyn仿真结果显示,在两点抓取模式和包络抓取模式下,修正后完整的抓取力模型与仿真值的最大相对误差为7.62%,并且所提出的优化算法有效提升了机构的两点抓取力与综合包络抓取力。实验结果显示,优化后的抓取机构抓取力有较大的提升,修正后完整的抓取力模型与实验值的最大相对误差为1.87%,验证了抓取力建模、优化设计的有效性。