基于微分几何法的非线性分数阶悬架主动控制

现有主动悬架的研究主要以线性弹簧和线性阻尼组成的悬架系统为研究背景,但油气悬架、空气悬架和磁流变悬架等实际悬架不仅具有非线性特性,而且同时具有黏弹性材料的特点。因此含有非线性刚度和分数阶阻尼的悬架模型能更准确地描述悬架的动力学性能。针对含有三次方非线性刚度及分数阶阻尼的二自由度1/4汽车悬架模型进行研究,利用Oustaloup滤波器算法对悬架系统中的分数阶微分进行近似计算,分别采用PID控制器和基于微分几何理论反馈线性化的LQR控制器对该悬架系统进行主动控制。结果表明,基于PID控制器的主动悬架和基于反馈线性化LQR控制器的主动悬架都能有效提高汽车悬架的舒适性和稳定性,其中反馈线性化LQR主动控制效果明显优于PID控制。     

高速列车引起的车站大跨度钢结构的振动分析

大跨度钢结构能为高铁车站带来较大的站内空间,但在长期高速列车振动荷载作用下,较柔的大跨度焊接钢结构的振动疲劳问题却不容忽视。则针对某客运专线“桥建合一”火车站,建立其整体有限元模型,计算分析了大跨度钢结构主拱V撑、网壳、下弦节点、柱角铸钢点以及主拱的动力响应,得到了不同部位最大Mises等效应力。计算分析表明：高速列车振动荷载对大跨度钢结构强度的影响可忽略不计,但长期疲劳问题不容忽视。     

Atangana-Baleanu分数阶双稳系统的随机共振现象

针对基于常用分数阶微积分对随机共振现象的研究存在奇异性的问题,提出了基于Atangana-Baleanu分数阶微积分的双稳系统随机共振现象的研究方法。首先,根据Atangana-Baleanu分数阶微积分的定义构造了用于描述随机共振系统的Langevin方程;其次,通过改进的Oustaloup算法对其近似化求解;最后,编写仿真程序,利用控制单一变量法研究参数变化对随机共振的影响。仿真结果表明:噪声强度一定时改变分数阶求导阶次,分数阶求导阶次与输出信号的功率谱值呈非线性关系且存在一个最佳分数阶求导阶次使系统产生随机共振;分数阶求导阶次一定时改变噪声强度,噪声强度与输出信号的功率谱值呈非线性关系且存在一个最佳噪声强度使系统产生随机共振。     

奇异分数阶微分方程边值问题正解的唯一性(英文)

应用Green函数将分数阶微分方程边值问题可转化为等价的积分方程.近来此方法被应用于讨论非线性分数阶微分方程边值问题解的存在性.本文讨论奇异非线性分数阶微分方程边值问题正解的唯一性.应用Green函数将其转化为等价的积分方程,利用偏序集上的不动点定理证明正解的唯一性.     

高速列车引起建筑物振动的研究方法概述

高速列车引起建筑物振动的研究是国际学术界十分关心的一个问题。本文介绍了研究地面高速列车引起邻近建筑物振动问题的四种主要方法,即经验预测方法、解析方法、数值分析方法以及试验研究方法,分析了该领域的研究现状及进展,提出了需要进一步研究的若干问题。     

《高速列车引起建筑物振动的研究进展》

高速列车引起建筑物振动的研究是国际学术界十分关心的一个问题。本文介绍了研究地面高速列车引起邻近建筑物振动问题的四种主要方法,即经验预测方法、解析方法、数值分析方法以及试验研究方法,分析了该领域的研究现状及进展,提出了需要进一步研究的若干问题。     

基于线性定常系统等效的分数阶阻尼结构动力响应数值求解

分数阶导数是阻尼器本构模型的常用表达,相关结构动力响应的解析解答难以获得,高效时域数值求解具有重要实践意义。针对应用广泛的Riemann-Liouville型分数阶阻尼结构,引入基于多步预估-校正机制的Adams-Moulton算法计算分数阶导数,继而在各离散时刻构造等效线性定常动力系统,最终结合Newmark-β数值积分方案建立各时刻求解显式公式,实现高精度动力响应的直接快速求解。以单自由度振子受简谐荷载和单位脉冲为例,对比考察解析解、2种直接数值解法和该方法,验证该方法的高精度和稳定性。最后以多层阻尼减震结构受地震作用为例,对比考察迭代数值算法、工程近似算法和该文方法,进一步验证该方法在计算精度和计算效率上的综合优势,揭示工程应用潜力。     

粘弹性分数阶导数模型的有限元法

本文给出了粘弹性分数阶导数模型的有限元格式,并用模态分析的方法进行了运动方程解耦。用Laplace变换及其反变换,解析地计算了解耦后单自由度系统的时域和频域响应。时域响应被分为极点部分和截断部分,它们分别代表短期内的衰减振动和长时间内的缓慢恢复效应。以一维杆件为例,对有限元算法和解析解做了对比,分析了响应精度与单元个数的关系。结果表明用有限元法计算的位移接近解析解,而要得到准确的高频加速度响应,则需要划分许多单元格。     

高速列车车体振动特性分析

高速列车的振动特性直接影响旅客的乘坐舒适性,因而研究和评估高速列车运行中的振动特性具有现实意义。本文采用simpack软件建立车体模型,模拟高速列车线路正常运行情况,分析车体的振动特性。高速列车在线路实际运行情况下,测试车体的振动信号,分析车体实际振动特性。对比仿真分析结果和试验测试结果,评价高速列车的振动特性,为旅客舒适度改善提供依据。     

基于分数阶黏弹性模型的混凝土阻尼频率相关性研究

阻尼作为反映耗能特征的参数,对动态荷载下结构响应有重要影响。针对强迫振动条件下循环荷载形式对混凝土材料阻尼的影响,结合普通混凝土试验数据并收集152组文献测试结果,详细分析了混凝土材料阻尼与荷载频率的相关性。发现在低频范围时(<3.0 Hz),混凝土材料阻尼均随荷载频率增大呈非线性降低,与经典整数阶黏弹性模型计算规律不符。基于分数阶微积分理论对经典整数阶模型的导数阶数进行改进(0<导数阶数<1),发现修正后分数阶模型能够更好反映混凝土材料阻尼与循环荷载频率在低频时的非正相关性,导数阶数小于0.12,表明混凝土呈现弱黏弹性效应,为混凝土动态性能分析提供一种新的模型选择和参数参考。     

高速列车荷载作用下高架桥和地基振动分析

提出了一种准解析方法来分析高速列车运行荷载作用下高架桥的动力响应。着重考虑了桥梁和地基的动力相互作用。通过动力子结构方法把研究对象分成两部分，一个是列车荷载作用下三维高架桥的有限元振动模型，另一个是基于傅里叶级数展开的轴对称群桩基础与周围分层地基动力相互作用模型，两者通过桩基承台节点处的连续条件进行结合。用薄层单元构建了应力波的透射边界条件来模拟远场地基对近场有限元区域的影响作用。用阻抗函数来表示群桩基础对上部桥梁结构的支撑作用。通过数值计算考察了软弱地基上新干线高架桥在高速列车荷载作用下的振动特性，分析了列车轮轴荷重，运行速度和群桩基础等因素对高架桥振动的影响；本分析模型和方法在计算上具有很高的效率。同时根据计算结果与现场实测的对比说明了本方法的可靠性。     

基于MATV的高速列车车体铝型材振动声辐射预测

运用模态声传递向量(MATV)方法预测现有高速列车车体铝型材在白噪声激励下的振动声辐射特性,分别对比阻尼损耗因子和铝型材结构截面三角形倾角对其振动声辐射的影响。结果显示现有高速列车车体铝型材结构在较宽频带范围内的声辐射效率随频率的提高整体呈上升趋势,最后基本趋近于1。240 Hz以下声辐射效率曲线呈近似线性递增的关系,240 Hz以上声辐射效率由于高阶模态的影响处于波动状态。铝型材阻尼损耗因子的增加可以减少铝型材结构向外辐射的噪声,阻尼损耗因子从0增加到1%,总声功率级急剧降低了约33.5 d B,随着阻尼损耗因子从3%增加到7%,总声功率级近似线性减小且降低速度放缓。铝型材截面三角形倾角越小,铝型材结构的声辐射效率越小,其辐射噪声的能力越弱,倾角从60°变化到30°,总声功率级降低了约27.9 d B。     

非线性分数阶积分微分方程边值问题正解的存在性

研究一类具有两个分数阶导数项的非线性分数阶积分微分方程积分边值问题。首先将原问题转化为只有一个导数项的等价形式,通过定义等价问题的上下解,再利用单调迭代技术建立了原问题正解的存在性与唯一性定理,给出了求其唯一正解的迭代格式和误差估计。最后给出实例说明所得结论的有效性和适用性。     

自适应分数阶算子的图像增强

为了突出图像纹理细节的同时保留平滑区域,节省确定分数阶微分阶次的时间,提出了一种改进的自适应分数阶微分算子。首先将经典Tiansi模板分解为四个不同方向,分别与待处理像素点进行卷积,达到增强图像纹理细节的效果;其次针对Tiansi算子需通过多次实验确定最佳微分阶次的现状,结合图像的局部特征信息,构建了具有自适应能力的分数阶阶次模型,能够获得比原图像更丰富的细节信息。对多组不同场景图像的实验结果表明：构建的自适应分数阶微分算子有效地增强了图像的纹理细节,自适应分数阶微分算子的主观视觉效果和客观评价指标均优于原图像,其客观评价指标中的平均梯度、信息熵、对比度相比原图像平均提高190.3%、8.1%、18.3%;平均梯度、对比度相比Tiansi算子处理后的图像平均提高45.0%、9.6%。     

高速列车齿轮箱振动信号诊断研究

随着高速列车运营里程的增加,以及运营速度的提高,列车走行部的服役性能以及安全性亟待解决。本文提供了分析了一些常规实用的方法 ,对于齿轮箱的故障进行了快速分析,为构建专家诊断系统和快速检测发现故障提供了支持。     

非线性分数阶耦合泛函微分方程组边值问题的可解性

由于运动速度是有限的,因此在信号传输等过程中时滞现象往往是不可避免的。分数阶泛函微分方程是研究时滞系统运动规律的重要模型,当系统中具有两个或多个状态变量且这些状态变量相互作用时,常常运用耦合微分方程组来刻画。对一类具有 Riemann-Liouville 分数阶导数的非线性时滞耦合泛函微分方程组边值问题正解的存在唯一性进行了研究。首先,根据方程与边界条件的特点,建立了比较定理,构造了上解与下解的单调序列,并确定了上下解的关系。运用上下解的方法建立并证明了边值问题正解的存在性定理,同时得到了正解的取值范围。然后,利用迭代技术建立并证明了边值问题正解的存在唯一性定理。最后,给出了具体例子用于说明所得主要结论的适应性与广泛性。     

基于分数阶微积分的油气悬架建模与试验分析

根据油气悬架的多相介质力学特点,引入了分数阶微积分理论,在油气悬架运动微分方程基础上建立其分数阶Bagley-Torvik方程。设计Oustaloup算法低通滤波器进行运算,求得非线性分数阶微分方程数值解。将微分方程中最优阶次的选取转化为单变量最优问题,确立位移差方均值为评价目标进行求解。搭建等比例试验台和建立仿真模型,进行理论、试验、整数阶仿真数据的对比。改变激励频率和振幅观察最优阶次变化及误差变化趋势。结果表明试验油气悬架在激励频率1 Hz,振幅5 mm下分数阶次取0.912时能更好地反映油气悬架运动特性。最优分数阶次随着激励幅值和频率的增加而减小并最终趋于稳定,在高频振动下分数阶次趋于0.9,在高幅振动下分数阶次为0.86。在多个频率及振幅激励的试验条件下,分数阶结果误差都要小于整数阶结果,论证了分数阶微积分在油气悬架建模上的有效性。     

基于模糊分数阶PID的啤酒灌装机贮液缸内液位控制

目的 贮液缸内液位的变化对啤酒灌装机的正常工作以及产品质量和生产效率等有重要影响,传统的PID控制很难准确控制贮液缸内的液位,为提高啤酒灌装机的工作效率和啤酒的质量等,需对贮液缸内液位进行精准控制。方法 根据分数阶微积分理论的知识,提出分数阶PID控制,该控制方法将传统的PID控制推广到分数阶领域中,利用Oustaloup算法实现传统PID控制由点到面的转变,使控制精度更高。针对分数阶PID控制器参数的调整问题,结合智能控制理论,引入模糊控制算法,提出模糊分数阶PID控制,以实现参数的在线调整,并与传统控制方法进行对比。结果 利用Simulink工具箱搭建模糊分数阶PID控制的啤酒灌装机贮液缸内液位控制系统的仿真平台,与传统控制相比较,模糊分数阶PID控制器能够获得良好的控制性能指标,无论动态指标还是静态指标以及抗干扰能力,都有较大的改善。结论 采用文中提出的方法能够明显提高液缸内液位的精准控制精度,提高啤酒灌装机的工作效率以及啤酒的质量,满足了工业生产的要求。     

高速列车车轮的优化设计

为了获得一个较好的高速列车车轮辐板外形,采用 ANSYS 软件对其进行了优化设计。优化设计分两步进行,第一步是以车轮的横向位移为目标函数,以车轮的应力、径向位移及质量为约束函数,以车轮辐板形状为设计变量进行设计;第二步是以车轮的质量为目标函数,以车轮的应力、径向及横向位移为约束函数,以车轮辐板形状为设计变量进行设计。最终得到了满意的结果。     

高速列车顶板振动测试及控制

为了掌握高速列车车体顶部振动特性以及振动从车体向车内装饰顶板的传递规律,达到对列车内装饰顶板区域隔振降噪的目的,对列车高速运行时车体顶部和内装饰顶板的振动进行了线上实车测试。试验对有受电弓的车厢和无受电弓的车厢的车顶部振动进行了测试对比,也对内装饰顶板在车体上的不同安装方式下的隔振效果做了对比分析。分析试验结果发现,在车顶部受电弓区域的振动加速度要远远大于其它部分,而且是一种频带很宽的振动;对于有受电弓的车厢,车顶板做了弹性安装处理有很好的隔振效果,大大降低了高频振动从车体向车顶板的传递,但是低频振动隔振处理的效果不明显;对于无受电弓车,振源主要是轮轨相互作用和气流对车体表面的脉动作用,顶板不必做隔振处理。