一种新型混合半主动控制策略在高速铁道车辆振动控制中的应用

采用1/4车模型分别对两种半主动控制策略即SH（Sky-hook, SH）和ADD(Acceleration Driven Damping, ADD)控制进行分析,根据分析结果引入了一种新型SH-ADD混合控制策略。利用随机激励下的功率谱密度曲线代替单频谐波激励下的传递函数曲线,改进了该混合控制策略转换系数的计算方法。在采用ADAMS软件建立高速铁道车辆整车模型的基础上,对改进后的SH-ADD控制策略进行了仿真分析。仿真结果表明,该控制策略可以同时兼顾低频和中高频率范围内的振动控制效果,较SH控制和ADD控制可大幅提高车辆的横向平稳性能。     

基坑开挖爆破作用邻近压力燃气管道动力响应特性研究

确保复杂城市环境基坑爆破开挖工程中邻近压力燃气管道的安全性是关键性问题。依托武汉地铁8号线二期竖井基坑爆破开挖工程,利用现场监测数据建立ANSYS/LS-DYNA三维有限元数值计算模型,分析计算了不同运行压力条件下埋地燃气管道的动力响应特性。研究结果表明:实际工况下管道截面峰值合振速为0.453 cm/s,单元峰值von-Mises应力4.95 MPa,压力燃气管道处于安全运行状态;管道截面峰值合振速大于其正上方地表振速,且两者存在线性关系,由此建立管道爆破振动速度的预测模型;管道截面峰值合振速、峰值von-Mises应力均位于迎爆侧,且随管道内压的增加而增加,内压为零时为最佳运行状态,由此建立了管道峰值von-Mises应力与内压、爆破参数的数学计算模型,为实际爆破工程的安全作业提供指导。     

基于波叠加法的非共形近场声全息波函数的构造与选择

在传统波叠加法的近场声全息算法中通常采用单层势或双层势波函数作为积分核函数,这类波函数在全息面与等效源面非共形的情况下极易导致系统矩阵的线性相关性增强和病态加重。以往研究多侧重对病态矩阵的正则化处理,以求获得更好的计算结果。从理论上分析了传统单层势或双层势波函数导致系统产生病态的原因,进而通过对格林函数的各阶求导构造出了系列具有较强指向性的射线波函数。利用该系列射线波函数替换传统波叠加法中的单层势或双层势波函数,可以使所形成的系统矩阵呈现主对角占优且近似对称的良态形式,从而可获得更精确、更稳定的计算结果。对脉动球源、振动球源以及可叠加为任意声源外声场的一般球源进行了数值仿真。研究表明:采用高阶波函数叠加法在传统波叠加法的系统矩阵已病态且不使用Tikhonov正则化就无法获得满意计算结果的情况下,能明显降低系统矩阵的条件数,使系统矩阵良态化。因而从这个意义上说,该方法也是一种可提高重建稳定性的正则化手段。同时发现,无论是传统的单层势和双层势波函数,还是射线波函数都各有其适用范围和优缺点,因此在实际使用中应根据不同的情况选择不同的波函数以提高计算稳定性和计算效率。     

一种磁流变阻尼器模型参数识别新方法

提出一种磁流变阻尼器模型参数识别新方法,该方法不需模型参数的任何先验知识,能够评估各参数对输出阻尼力的影响大小,从而选择最佳的阻尼力调控参数。利用试验台获取磁流变阻尼器在多种激励幅值、频率和电流作用下的阻尼力。针对Bouc-Wen模型表达式搭建Simulink计算模型,以仿真值与试验值之间的误差作为目标函数,通过遗传算法和模式搜索算法对模型参数进行识别。综合评估各参数对模型输出阻尼力的影响大小,从而确定最佳的阻尼力调控参数,并利用曲线拟合工具箱确定阻尼力调控参数与电流之间的函数关系。根据调控参数的电流函数对原有Simulink模型进行扩展,最终识别出全部未知参数。采用多种幅值和频率激励下的试验数据对模型进行验证,表明该模型识别结果正确,可准确刻画磁流变阻尼器物理元件的滞回特性。该方法不限于所使用的Bouc-Wen模型,可广泛用于磁流变阻尼器的其他力学模型的参数识别。     

不同约束载荷下三岁儿童乘员胸部运动方程与损伤风险研究

3岁儿童乘员胸部在冲击载荷条件下的运动学响应一直是研究的盲点,本文基于ECE R44法规前碰撞动态试验方法,采用Hybrid Ⅲ 3岁儿童假人和第四代学术版THUMS 3岁儿童人体有限元模型(THUMS 3YO)建立了两款儿童约束系统(CRS)的正面碰撞台车数值分析模型。建立了Hybrid Ⅲ 3岁假人胸部运动力学方程,分析了胸部加速度和胸部所受内外力的相互关系。同时,定性对比分析了两款CRS中THUMS 3YO儿童胸部软组织器官损伤风险。分析结果表明:Hybrid Ⅲ 3岁假人胸部加速度与胸部所受的外力和内力都相关,外力是胸部加速度的最重要的影响因素;两款CRS中THUMS 3YO儿童乘员胸部内脏软组织器官所受的应力应变均超出了损伤阈值,前置护板型CRS对儿童胸部器官损伤风险相对五点式背带式CRS更大。该研究内容厘清了儿童乘员胸部在动态载荷条件下的运动学方程及不同加载方式的胸部软组织损伤风险,对儿童乘员约束系统的设计具有重要的指导意义。     

基于通用切比雪夫滤波器的有源噪声控制研究

针对前馈管道非线性有源噪声控制系统,提出一种基于通用切比雪夫滤波器的次级通道建模方法和通用切比雪夫滤波x最小均方误差算法(GCFXLMS,general Chebyshev filtered-x least mean square)。通用切比雪夫滤波器由第一类切比雪夫滤波器扩展获得,交叉项部分可通过对角结构实现,根据对角结构的性质,可以采用减少通道信号的实现策略以降低结构复杂度;使用该滤波结构建模次级通道,并给出了稀疏虚拟次级通道模型,基于此模型推导了GCFXLMS算法。该方法性能比较包括计算复杂度对比和控制效果对比。实验结果表明,在非线性有源噪声控制系统中,通用切比雪夫滤波器可达到与Volterra次级通道建模类似的建模效果,相比于传统的前馈滤波器,通用切比雪夫滤波器具有更优的控制性能。     

利用球形弹簧摆对输电塔风振控制的有限质点法

为了研究球形弹簧摆对输电塔结构的风致振动控制效果,通过分段等刚度梁单元建立输电塔简化模型。给出了空间梁系结构基于Timoshenko梁理论的单元内力计算公式,并应用有限质点法对简化模型及其与球形弹簧摆的耦合系统进行风致响应分析。一方面,球形弹簧摆由于内共振性质实现非线性能量阱,从而增加振动抑制频带的宽度,提高了鲁棒性;另一方面,球形弹簧摆和结构的非线性耦合,使得顺风向的振动能量部分转移到横风向,尽管增大了横风向响应,但是降低了结构的总体响应。计算结果表明球形弹簧摆减振效果非常好,当将其安装在除塔顶外的三个位置时,位移最大值和加速度均方根减振率分别为32.5%~41.7%和35.7%~65.2%。保持质量比和安装位置不变,验证了球形弹簧摆具有较宽的设计频带。使用球形弹簧摆可以显著减小位移标准差,有利于降低结构的疲劳损伤风险。     

基于二维等效FE-SEA混合方法的复合材料层合板传声损失分析

为研究湍流脉动噪声激励下复合材料层合板的传声特性,首先基于一般层合板理论将复合材料层合板等效为单层各向异性板,进而采用FE-SEA混合方法研究其传声损失。同时开展复合材料层合板传声损失试验,并将FE-SEA结果和统计能量法(SEA)结果以及实验值进行对比分析。研究结果表明:FE-SEA结果和实验值整体上分布趋势一致,而且误差也相对较小,其中3 000 Hz～10 000 Hz误差在2 dB以内,但由于刚度等效导致2 000 Hz附近结果误差相对较大。相较于SEA方法, FE-SEA混合方法综合考虑了复合材料层合板边界条件和详细得几何特征,不仅可以准确地计算复合材料层合板的固有特性,而且使得传声损失结果在全频带内与试验值吻合得更好。因此建立的二维等效FE-SEA混合模型可以准确预示复合材料层合板在湍流脉动噪声激励下的传声损失。     

流体微振动隔振器的热振耦合特性研究

隔振是一种航天器振动控制的重要方法,隔振器动力学特性的理论研究是隔振设计的重要基础。针对一种航天新型黏性流体微振动隔振器,基于非牛顿流体物理属性、隔振器宏观传热特性、运载火箭-卫星轴向振动特性,提出了发射段的隔振器及运载火箭-卫星-隔振器系统的非线性热-振耦合模型;通过自行设计基础激励试验测试平台,对不同环境温度下的流体阻尼系数和体积刚度系数进行测试,并将试验得到的阻尼、刚度数据输入隔振模型中进行仿真分析。研究结果表明,隔振系统具有时变性和非线性,流体黏性热导致共振频率漂移、共振幅值变化,隔振器性能与激励幅值、激励频率相关,需要采用新的"共振带"和"隔振带"的概念进行设计;理论模型和研究方法可为隔振器热振耦合特性评估、优化设计及工程应用提供理论依据和参考。     

循环动荷载下泥化夹层累积变形特性研究

泥化夹层是诱发岩体工程失稳破坏的重要因素之一。为研究循环动荷载下泥化夹层的累积变形特性,深入分析主要影响因素,在黄河中游某大型水利枢纽工程勘探平硐采取试样,开展了不同工况条件下泥化夹层的动三轴试验研究。在考虑主要黏土矿物成分、黏粒含量、含水率、围压和频率等影响因素的基础上,根据试验成果,探求适合描述泥化夹层累积应变发展规律的理论模型,并基于动应力～应变关系研究了泥化夹层的动弹性模量特征。研究结果表明:(1)泥化夹层的累积应变发展规律具有破坏型特征,不符合稳定型累积应变特征,利用Monismith模型进行描述是合理的;(2)泥化夹层的动应力～应变曲线符合Hardin双曲线模型;(3)泥化夹层的累积应变随含水率、黏粒含量和频率的增大而增大,随围压的增大先减小后增大;(4)泥化夹层的动弹性模量随围压增大单调递增,随循环周次、含水率和频率的增大而单调递减;(5)主要黏土矿物成分为蒙伊混层时,泥化夹层的累积应变最大,动弹性模量随循环周次增加而衰减最快。