机车车辆动应力测试数据分析系统的研究

针对机车车辆动应力测试数据处理的特点,开发了机车车辆动应力测试数据分析系统.在软件工程方法基础上,研究了该系统的架构模式,针对大数据量的快速稳定的雨流计数算法,提出了程序实现的合理方法.软件还具备友好、开放、可移植的用户接口,具有推广应用价值.     

基于试验与仿真相结合的动应力混合模拟

将已测试位置动应力试验数据用于结构上不可测试位置的动应力时间历程模拟,提出一种试验与仿真相结合的动应力混合模拟新方法。该方法也可用于载荷谱无法准确获取结构或新修改结构的动应力时间历程数据模拟,克服了传统动应力仿真算法要求对结构真实服役环境下载荷时间历程准确获取的限制条件,解决了试验无法直接测量位置动应力时间历程获取的问题,给出了一种基于原服役结构测试数据预测新修改结构疲劳寿命的方法。基于应变模态理论推导了具体实现公式,实例验证了该方法的有效性。研制了相应的动应力混合模拟软件,结合线路动应力试验数据,进行机车车辆转向架未测试位置的疲劳寿命预测和评估。     

机车车辆疲劳强度仿真分析平台架构研究

从机车车辆行业对关键零部件疲劳仿真和疲劳可靠性分析的需求出发,阐述了基于虚拟样机技术和云计算理论体系的机车车辆零部件疲劳仿真分析一般方法。在自行研制的机车车辆线路动应力试验数据处理系统和机车车辆疲劳仿真系统基础上,集成现有成熟的商业软件,搭建了机车车辆关键零部件疲劳强度分析平台,将铁道行业常用的评价体系和计算流程固化到平台中,提出基于云计算的疲劳仿真分析平台架构体系,重点讨论了试验与仿真集成方法、不同学科之间的协同交互问题、数据集成和数据交换方法。该平台具有友好开放的用户接口和良好的可扩展性。     

三维实时云建模与渲染在工业仿真中的应用

在云建模方面,提出一种基于物理仿真和艺术可控性相结合的方法,利用Navier-Stokes流体动力学公式描述单一云朵的聚散和运动,通过盒子的堆积来描述云朵的初始轮廓,最终在盒子内部按流体动力学规律填充粒子生成三维云模型.为了满足实时性要求,在可编程图形芯片上求解Navier-Stokes等式,以便利用图形芯片的并行处理能力加快求解速度.在云的实时渲染方面,基于太阳光照方向和天气状况提出了一种简单的光照模型,大幅度地提高了云的渲染速度.此外,还提出一种改进的环状Impostor技术来提高大范围云层的渲染速度,并通过Shader编程的方法解决了应用Impostor技术到Alpha融合场景中所出现的问题.基于所描述的理论模型,利用三维图形API开发了一套三维云仿真系统,并广泛应用于各种工业仿真和科技娱乐展示项目中,取得了较好的效果.利用该方法生成的云模型具有真实感强、渲染速度快等特点.     

机车车辆端部结构拓扑-参数一体化优化方法

拓扑优化方法广泛用于获取结构的优化构型,而参数优化方法用于具体结构参数的取优,为了整合这两种方法的优势并提供一体化优化方案,以机车车辆端部结构被动安全性为研究对象,提出一套可以同时考虑静态和动态载荷作用,适用于大尺寸结构的拓扑-参数优化方法。该方法的拓扑优化部分采用缩放能量权重的混合元胞自动机方法对端部结构进行综合耐撞性和刚度评估的拓扑优化设计,有效解决拓扑优化多工况中由于能量差异而导致的结果偏差;参数优化部分结合网格变形技术和自适应模拟退火优化算法对结构进行给定接触力约束条件下的参数优化。具体算例结果表明,利用该方法优化后机车车辆在正面碰撞中的关键接触力峰值下降26.2%~46.3%,变形模式更趋于合理;在侧翻碰撞中乘客生存区间的上下部安全距离分别增加24.8%和12.8%。     

多体动力学仿真数据驱动的列车运行可视化

针对传统多体动力学软件无法直观体现出列车真实运行环境,而目前主流的列车虚拟运行仿真系统又无法实现对列车运行平稳性评估的现状,提出了一种多体动力学仿真数据驱动的列车运行可视化方法。采用三维GIS技术,实现了不同线路环境下列车运行三维场景高精度模型的构建。使用多体动力学软件SIMPACK对列车在不同速度和不同轨道谱下的运行进行动力学仿真,并基于仿真后处理数据建立了最小二乘线性回归模型,预测出列车在不同运行状态下的垂向平稳性指标值。借助三维可视化引擎UNIGINE,实现了以列车运行的多体动力学仿真数据来驱动列车模型运动的三维可视化。     

铁路吊复救援优化设计与可视化仿真

针对传统铁路起重机吊复救援参数主要依靠人工估计,无法给出最优解以及事先无法对铁路起重机救援可视化仿真的现状,本文提出了一种铁路吊复救援优化设计与可视化仿真方法。首先,基于UG NX完成铁路起重机吊复救援可视化仿真模块设计,然后,利用Visual Studio完成铁路吊复救援参数优化软件的开发,最后,两者相结合,把优化参数导入UG NX参数接口里面去进行动态模拟与校验相应数据,最终获得可行救援数据,技术人员可按照救援数据进行吊复救援工作,保证铁路吊复救援工作的准确性、安全性和高效性。     

复杂大地形下铁路与沿线环境三维自动化建模

铁路与沿线环境的大规模三维模型在铁路维护、应急救援、运行可视化等领域广泛应用。提出了一种利用开源地理信息和三维大地形技术相结合的铁路与沿线环境自动化建模方法。该方法利用卫星图对目标线路所在的地理环境进行重建,提取铁路线路的特征点,进而插值获取整条线路。通过对线路离散与坐标变换,建立起复杂地形下任意长大线路三维模型。通过案例验证表明,该方法可有效应对大范围复杂地形的铁路线路和沿线环境自动化建模,显著提高了线路建模的效率。