高速列车受电弓空气动力学对弓网受流的影响

为了研究高速列车弓网受流特性,考虑受电弓平均稳态与非稳态气动力影响,基于受电弓的非稳态空气动力学模型,采用均匀来流假设,运用计算流体力学(CFD)方法得到受电弓各部件的气动升阻力.将非稳态气动力时间平均,得到平均稳态气动力,并将具有一定脉动的受电弓非稳态气动力及平均稳态气动力分别加载至弓网动力学模型中,对比了2种气动力加载情形下弓网动力学. 仿真结果表明:在受电弓三质量块模型下,受电弓平均稳态与非稳态空气动力学对弓网受流的影响差别不大.进一步从受电弓非稳态气动力激励的振幅与频率两方面研究了其对弓网受流的影响,当外部激励振幅较大或频率与弓网系统频率接近时,弓网受流特性会受到显著影响.研究结果为将来考虑非均匀来流、横风等复杂气动条件下的弓网受流特性研究提供了基础.     

刚性悬挂接触网/受电弓系统动力分析

建立刚性悬挂接触网的自由振动有限元模型,计算其固有频率和振型.再通过受电弓与接触网间的接触力,建立弓网系统相互耦合的动力方程.用振型叠加法将以弓网系统的各个节点位移位为未知量的动力方程简化为以十个广义坐标和三个受电弓的质量块的位移为未知量的非线性方程.随着机车的行进,不断的改变弓网系统的刚度矩阵,运用Wilson-θ法,求解弓网系统的动力响应.最后对列车、接触网受电弓的各因素对受流的影响进行了分析.     

非线性转子系统稳态响应特性研究

用非线性动力学现代理论对具有非线性刚度的转子系统作进一步研究．建立非线性转子系统运动方程，利用多尺度法求得频率响应方程．分析系统不同参数对振动响应曲线的影响，实验结果发现非线性振动曲线所特有的拐弯、跳跃和滞后等现象，为转子系统的故障诊断机理研究打下一定基础。     

纯电动铲运机弓网续能系统设计与动态特性仿真

为能给纯电动铲运机充电续能,提出了一种弓网续能充电系统。根据10 t级纯电动铲运机受电弓动力学特征及受电弓与巷道之间的工作条件设计了包括弓网各部件结构、弓头运动轨迹、升弓角及平衡杆转角等弓网续能系统参数。基于建立的受电弓动力学计算模型,结合多目标优化算法设计出纯电动铲运机专用受电弓,基于非线性有限元理论建立了纯电动铲运机弓网续能系统有限元模型,通过MARC软件对弓网续能系统受流情况进行了动态特性仿真和验证分析。结果表明:本弓网续能系统能在保证纯电动铲运机安全运行的前提下仅需12.5 s完成纯电动铲运机续能充电,提高了纯电动铲运机运行作业效率,具有很强的推广性。     

谐和激励下强非线性杜芬-范德波振子的响应

为了研究力学与电子系统中典型强非线性系统的性质,提出求解强非线性刚度的杜芬-范德波振子谐和激励下响应的平均法.基于系统的哈密顿作用量及相位差是慢变量而角变量是快变量原理,通过对角变量的平均推导出系统共振时作用量及相位差的平均方程,给出不同参数时系统稳态响应的频响曲线,经过数字模拟研究了系统锁相运动的稳定性,得到了确定稳定域的近似公式并讨论了该近似公式的适用范围.数值仿真结果表明, 用该平均法预测系统的稳态响应具有很高的精度,且该方法可适用于非常强的非线性系统.     

宽带随机激励下单自由度碰撞振动系统的平稳响应

在实际工程结构中经常要研究随机激励的单自由度碰撞振动系统的稳态响应，应用基于广义谐和函数的单自由度强非线性系统的随机平均法，分别得到了该系统响应的总能量、位移、幅值的稳态概率密度及位移与速度的联合概率分布。通过与数字模拟结果的比较，证明用随机平均法所得的结果有很高的精度。     

渐硬恢复力系统在窄带随机激励下的动力响应

通过蒙特卡洛模拟方法,研究了窄带随机激励作用下渐硬恢复力滑移系统稳态响应的统计特征,发现此类系统由于其本质的非线性,在窄带随机激励作用下将会出现振幅跳跃现象,稳态位移与速度响应之间存在较强的非线性相关性,系统参数的改变将对其振幅跳跃和响应的非线性相关程度有较大影响.s0和ε的增大将使出现跳跃的频率区间增大,而μ的增大则会使出现跳跃的频率区间减小,说明工程中利用滑动摩擦减小系统滑移是可行的.     

大型机组电机转子振动特性的有限元分析

电机转子是石化机组设备中的关键设备。针对某大型机组中电机转子振动偏大问题,利用有限元法对该转子的动力学建模,并考虑了轴承支承刚度和阻尼随转数变化的非线性,计算了转子系统的临界转速和稳态不平衡响应等问题,研究不平衡量分布对转子振动特性的影响,找出了影响转子动力学特性的主要因素,为转子系统的故障诊断和排除提供了理论依据。     

推进轴系纵向高承载准零刚度隔振器的研究

针对船舶推进轴系纵向低频隔振难的问题,将具备负刚度特性的碟簧与正刚度螺旋弹簧并联,设计了一种高承载准零刚度隔振器。建立了轴系-准零刚度隔振系统的动力学方程,利用谐波平衡法求解了系统的稳态响应,并用数值方法验证了求解的有效性。对于系统响应稳定性的问题,首先研究了准零刚度隔振器的非线性刚度、外激励力幅值对系统响应稳定性的影响规律,并结合推进轴系的纵向静变形限制,确定了非线性刚度取值;其次基于静力学理论设计了一组碟簧与螺旋弹簧的结构参数;最后分析了准零刚度隔振器的阻尼比、外激励力幅值对系统响应稳定性的影响规律,并确定了合适的阻尼比。结果表明：当非线性刚度、阻尼比分别设计为1×10¹² N/m³、0.05时,系统主共振不再出现跳跃现象,稳态响应的解在200 Hz内都是稳定的;在承受10 000 N载荷时,准零刚度隔振器仍然可以有效隔离10～200 Hz低频段的振动。     

软支承条件下车辆-基础系统的动力学建模与分析

研究软支承下的车辆-基础系统耦合动力学响应.将基础视为有限个离散点支承的Euler-Beinoulli梁,支承则模拟为具有非线性、不对称特性的弹性元件和阻尼器,利用分段线性化方法描述弹性支承的非线性刚度和阻尼特性,根据动力学原理和假设振型方法建立系统的运动方程,基于Newmark直接积分方法编制MATLAB二次开发函数,数值求解系统动力学响应,分析了支承约束非线性对系统动力学特性的影响.     

非线性成层地基非平稳动力响应可靠度分析

针对非线性成层地基进行了随机动力有限元分析，求得地基土层的非平稳动力响应及其可靠度。
利用Hardin-Drnevich双曲线模型考虑土层的非线性，通过迭代计算得到土单元的剪切模量与阻尼比。引
入虚拟激励法，将地震加速度非平稳功率谱密度作为虚拟输入，运用有限元方法对土层进行地震响应分析
，得到地基各种动力响应的时变功率谱密度、时变根方差及不同阈值下的时变可靠度。计算结果表明，由
于土层非线性的影响，在非平稳地震输入下，地基系统的自振特性随时间而改变，响应的非平稳特性十分
明显。     

求解齿轮系统非线性动力学微分方程的多尺度方法

首先建立了描述齿轮系统扭转振动的动力学分析模型,并推导出综合考虑时变啮合刚度、齿侧间隙、动态传递误差等非线性因素的齿轮系统非线性动力学的统一微分方程。介绍了用于求解齿轮系统非线性动力学微分方程的多尺度方法的原理,并推导了频率响应方程。利用多尺度方法获得的近似解析解与直接进行数值积分所获得的精确解吻合得较好,表明多尺度方法是求解复杂非线性微分方程最有效的方法之一。     

Forced oscillations with time-varying mesh stiffness and backlash in gear systems

A dynamic model to describe the torsional vibration behaviors of a spur gear system is presented in this paper.Differential equations of nonlinear dynamics for the gear system exhibiting combined nonlinearity influence such as time-varying mesh stiffness,backlash and dynamic transmission error(DTE) were obtained.The method of multiple scales was employed to solve the nonlinear differential equations with parametric excitation in gear systems,by which both the frequency-response curves of the primary resonance caused by internal excitation and the analytical periodic solutions of nonlinear differential equations were obtained.The nonlinear influence of stiffness variation,the damping and the internal excitation on the system response was shown by frequency-response curves.Compared with numerical examples,the approximate analytical solutions are in good agreement with exact solutions,which proves that the method of multiple scales is effective for solving nonlinear problems in gear systems.     

Geometry deviation effects of railway catenaries on pantograph–catenary interaction: a case study in Norwegian Railway System

This paper presents a non-contact measurement of the realistic catenary geometry deviation in the Norwegian railway network through a laser rangefinder. The random geometry deviation is included in the catenary model to investigate its effect on the pantograph–catenary interaction. The dispersion of the longitudinal deviation is assumed to follow a Gaussian distribution. A power spectrum density represents the vertical deviation in the contact wire. Based on the Monte Carlo method, several geometry deviation samples are generated and included in the catenary model. A lumped mass pantograph with flexible collectors is employed to reproduce the high-frequency behaviours. The stochastic analysis results indicate that the catenary geometry deviation causes a significant dispersion of the pantograph–catenary interaction response. The contact force standard deviations measured by the inspection vehicle are within the scope of the simulation results. A critical cut-off frequency that covers 1/16 of the dropper interval is suggested to fully describe the effect of the catenary geometry deviation on the contact force. The statistical minimum contact force is recommended to be modified according to the tolerant contact loss rate at high frequency. An unpleasant interaction performance of the pantograph–catenary can be expected at the catenary top speed when the random catenary geometry deviation is included.

     

T型橡胶减振器非线性特性分析与预压缩量设计

为研究T型橡胶减振器的结构型式和材料性能对其非线性动力学特性的影响,并提高其对飞行环境的适应能力,改善其在恶劣环境下的使用性能,提出了一种含分段线性刚度及阻尼和立方刚度的双层级非线性动力学模型。首先,对T型橡胶减振器进行了简化建模,并采用等价线性化方法,推导得到了分段线性系统的等效刚度和等效阻尼。其次,利用谐波平衡法分别数值模拟了等幅值外力载荷正弦扫频激励下分段线性刚度系统和立方刚度系统的非线性频响函数,验证了构建模型的有效性。最后,进行了T型橡胶减振系统在基础位移正弦扫频条件下的传递特性试验,并与数值计算结果进行了比对。研究结果表明,针对T型橡胶减振器,较低激励载荷即可导致结构型式的渐进软化,较高激励载荷才能引发材料性能的动态软化;该模型能够较好的模拟T型橡胶减振器具有的渐软刚度和渐小阻尼的非线性特性。此外,从航天工程应用的角度出发提出了针对大过载、强振动环境进行预压缩量设计的方法。     

HDR隔震支座梁桥横向碰撞参数的研究

由近年来的震害调查表明,中小跨径桥梁在横向地震作用下梁体、抗震挡块碰撞破坏现象严重。为寻求减隔震支座在减小中小跨径桥梁横向碰撞效应方面的应用,选用HDR高阻尼隔震支座,建立了考虑支座非线性、墩柱弹塑性、桩土作用的横桥向碰撞模型。采用非线性地震反应时程分析方法,详细研究了HDR支座刚度、接触单元碰撞刚度、初始间隙等参数对隔震梁桥横向碰撞效应的影响。结果表明:采用较大的HDR支座的刚度、合理的挡块刚度,可以有效地减小梁桥的横向碰撞响应。     

Analysis on Nonlinear Dynamic Properties of Dual-Rotor System

In order to clarify the effects of support structure on a dual-rotor machine, a dynamic model is established which takes into consideration the contact force of ball bearing and the cubic stiffness of elastic support. Bearing clearance, Hertz contact between the ball and race and the varying compliance effect are included in the model of ball bearing. The system response is obtained through numerical integration method, and the vibration due to the periodic change of bearing stiffness is investigated. The motions of periodic, quasi-periodic and even chaotic are found when bearing clearance is used as control parameter to simulate the response of rotor system. The results reveal two typical routes to chaos: quasi-periodic bifurcation and intermittent bifurcation. Large cubic stiffness of elastic support may cause jump and hysteresis phenomena in resonance curve when rotors run at the critical-speed region. The modeling results acquired by numerical simulation will contribute to understanding and controlling of the nonlinear behaviors of the dual-rotor system.     

一种非线性弓网动态仿真方法的建立与验证

欧洲标准EN50318用于对弓网动态相互作用的仿真方法的准确性做出评价验证.基于有限单元理论建立了一种弓网相互作用的仿真方法.通过建立非线性三质量块受电弓模型和接触网模型,设置接触单元,建立受电弓/接触网耦合模型,并采用Newmark方法求解.依照EN50318的流程,对该方法的准确性进行验证.对多种接触网类型、拉力组合、跨距、受电弓类型等不同参数组合的仿真,该方法仿真结果与通过EN50318标准验证的Siemens仿真系统和CATMOS(R)仿真系统的结果一致,证明了该仿真方法的有效性.     

点支式玻璃建筑单层索网体系的动力特性分析

点支玻璃建筑单层索网体系是一种几何非线性较强的柔性张拉结构,其刚度受索中预应力影响较大。目前专门针对该结构动力特性方面的研究尚不多见。阐述了索网这种柔性预应力结构动力特性分析的特点,编写了相应的有限元程序,对索网自振特性的重要影响因素即几何非线性和预应力进行了研究,表明忽略几何非线性会使结构计算结果产生极大偏差。索网的自振频率与预应力呈非线性关系,几何非线性和预应力对索网的自振特性的影响具有协同性。