高速列车车体抖振现象研究

针对某高速列车在运行时出现的异常抖振现象,实际测试该高速列车车体异常抖振加速度信号,将其时频特征、Sperling平稳性指标与非异常抖振加速度信号进行对比,分析发现,抖振时车体地板横向加速度信号呈现低频谐波特征,主频在10 Hz附近,Sperling指标超过"合格"限值.基于工作模态分析(OMA)并结合工作变形分析(O...     

用于杨浦大桥抖振控制的MTMD研究

研究了利用多重调谐质量阻尼器（ＭＴＭＤ）系统控制杨浦大桥抖振的基本方法。提出了分析ＭＴＭＤ系统频率特性的方法和一种新的杠杆式ＴＭＤ结构形式。研究表明ＭＴＭＤ系统的控制效率与它的中心频率比和频率带宽比有很大关系。杠杆式ＴＭＤ与传统ＴＭＤ相比，对安装的净空要求较低。设计了分别对应不同质量比的七种ＭＴＭＤ系统。根据需要的控制效率和许可的预算，可任意选取一组用于对杨浦大桥的抖振控制     

用于斜拉抖振控制的多重调质阻尼器性能研究

多重调质阻尼器控制技术是近年来兴起的一种有效的被动控制方法。ＭＴＭＤ克服了过去常采用的ＳＴＭＤ在结构频率发生漂移时控制效果不稳定的缺点，在工程上具有良好的应用前景。本文通过对杨浦大桥抖振在ＭＴＭＤ控制下的计算，着重分析了考虑背景响应的情况，对ＭＴＭＤ的各个参数分别进行了研究，得出了一些在ＭＴＭＤ设计和评价中有益的结论。     

全动垂直尾翼的抖振主动控制方法研究

全动垂尾结构不同于铰接方向舵的垂直安定面结构。该文深入研究了全动垂尾抖振响应的压电驱动控制、垂尾旋转控制以及混合压电控制和垂尾旋转控制的三种主动控制方法。使用压电驱动的载荷比拟方法对压电纤维复合材料(MFC)驱动器进行建模,利用偶极子格网法计算随体空气动力。采用线性二次型高斯最优控制(LQG)方法分别设计三种模型的控制律。分析三种控制模型的抖振响应,研究其控制效果的差异,并进行比较。结果表明:压电控制因受控制电压和压电功放所限,控制效果有限;垂尾旋转控制由于受限于控制频率,对高频激励控制效果不明显;混合控制方法兼具垂尾旋转控制和压电控制两种方法的优点,能同时降低低阶模态和高阶模态上的能量,从而扩大了控制频率的范围,因此其控制效果最好;最后,通过具有不同结构参数的全动垂尾模型的算例,验证了混合抖振控制方法的可行性和有效性。     

多重双频率调谐质量阻尼器制振性能及对桥梁抖振的控制

DTMD是一种新型的具有双频率的调谐质量阻尼器,与普通TMD相比,可以同时实现对主梁竖向和扭转振动的控制,具有较高的控制效率,但DTMD与TMD相似,控制效率对参数失调较敏感。基于Scanlan多模态耦合抖振理论,提出桥梁多模态耦合抖振多重DTMD控制理论,列式中考虑了多模态参与作用和模态间气动耦合效应,并编制了多重DTMD抖振控制和参数分析程序。最后以一座斜拉桥为算例,研究了多重DTMD的制振性能,讨论了多重DTMD频率带宽、DTMD个数和阻尼比等参数对控制效率的影响,并对多重DTMD的设计提出建议。     

高速列车抗蛇行减振器实时混合试验方法研究EI北大核心CSCD

为对高速列车减振器开展低沉本、高精度的试验研究,开展了高速列车抗蛇行减振器实时混合试验方法研究。取抗蛇行减振器为试件并物理加载,取车辆动力学系统其余部分来数值模拟,通过实时计算、实时加载来共同完成动力试验。研究了加载系统时滞对试验结果的影响,比较了常速度时滞补偿方法和自适应时滞补偿方法的补偿效果。结果表明,对该方法而言,时滞补偿很有必要;相较于常速度的时滞补偿方法,自适应时滞补偿方法具有更好的补偿效果。该研究可为高速列车减振器动态性能分析以及列车抗蛇行性能评估提供试验方法支撑。     

一种基于充气气囊的垂尾抖振抑制新方法研究

通过数值模拟探索了一种运用充气气囊抑制双垂尾抖振的新方法。该文方法利用充气气囊可迅速充气变形的特点,在三角翼上翼面靠近顶点沿涡核的位置设置气囊。在小迎角下气囊不凸起,从而保证机翼前缘涡的强度以产生非线性涡升力;当大迎角抖振现象较严重时,迅速对气囊充气形成凸起,该凸起通过对前缘分离涡的强度和涡空间位置的影响,减弱涡破裂对双垂尾的非定常气动载荷激励,达到抑制抖振的目的。对某三角翼双垂尾布局模型的计算结果表明：气囊可以使前缘涡的涡核弯曲、扭转,减弱了前缘涡的强度,使前缘涡破裂点位置提前,在大迎角范围可将垂尾绕翼根的弯矩值显著减小,并且减小了垂尾表面压力脉动的幅度和对应的功率谱密度的峰值。因此,该文所探索的利用充气气囊抑制抖振的方法是一种简单可靠,并且值得进一步研究的技术途径。     

用于斜拉桥抖振控制的多重调质阻尼器性能研究

多重调质阻尼器(MTMD)控制技术是近年来兴起的一种有效的被动控制方法.MTMD克服了过去常采用的STMD(单调质阻尼器)在结构频率发生漂移时控制效果不稳定的缺点,在工程上具有良好的应用前景.本文通过对杨浦大桥抖振在MTMD控制下的计算,着重分析了考虑背景响应的情况,对MTMD的各个参数分别进行了研究,得出了一些在MTMD设计和评价中有益的结论.     

Microtab对翼型跨音速抖振始发特性的影响

研究了microtab对翼型跨音速抖振始发特性的影响。采用SST湍流模型对RANS方程进行封闭,以NACA0012翼型为对象,用CFD方法计算了在其后缘附近安装microtab后,翼型的跨音速流场。对比分析了在翼型后缘附近的上表面、下表面单独安装和上下表面对称安装microtab后,对翼型跨音速抖振始发特性的影响,并研究了microtab的高度和弦向安装位置对跨音速抖振边界的控制作用。结果表明：在翼型后缘附近的上表面加装microtab能够提高抖振始发攻角,并且随着microtab高度的增加,抖振始发攻角有增大的趋势。在翼型后缘附近的下表面加装microtab能够提高抖振始发时的升力系数,且抖振始发时的升力系数随着microtab高度的增加而增大。microtab的弦向安装位置的变化对于抖振始发攻角影响较小,但是对抖振始发时的升力系数有明显的影响。         

服役条件下提速地铁车辆的横向运动稳定性研究EI北大核心CSCD

地铁提速是未来轨道交通发展的必然趋势,服役条件下的车轮磨损会导致车轮半径减小和等效锥度增大,容易造成车辆蛇行失稳。为了保持服役条件下提速地铁车辆的横向运动稳定性,通过调研获取了上海某线路地铁车辆的车轮磨损情况,建立了含抗蛇行减振器的地铁横向动力学模型,研究了车轮磨损对于地铁车辆横向运动稳定性的影响,对比服役条件下有无抗蛇行减振器的车辆临界速度,指明了安装抗蛇行减振器对于服役地铁提速的必要性。结果表明,服役条件下的地铁车辆车轮半径减小以及等效锥度增大会降低车辆的临界速度,增大蛇行运动幅值。通过安装抗蛇行减振器,能有效地解决地铁车辆车轮磨损以及提速带来的横向运动稳定性裕量不足的问题,同时也能避免地铁车辆在异常参数匹配下发生一次蛇行运动。论文工作对探究服役地铁车辆进一步提速以及车轮和钢轨的维护保养具有一定的参考价值。     

基于粒子群优化算法的控制面板布局优化方法研究

针对目前核电站主控制室后备盘台人机界面设计过多依赖人的经验和主观判断从而导致控制面板布局随意性的问题,提出了基于粒子群优化算法的控制面板布局设计优化方法,即先对控制面板上元件的重要性、操作频率、操作顺序和相关性等工效学布局原则分别进行数学描述,并依此构造布局优化目标函数,将布局问题抽象为数学问题,然后采用粒子群优化算法对布局优化目标函数进行求解,以便快速地找到最优布局方案,从而达到布局优化的目的.通过对16个操纵和显示元件进行布局优化计算,证明了该方法能有效地解决后备盘台人机界面布局优化问题.     

TBVMC的冷却塔热力性能优化控制方法

该文提出一种冷却塔热力性能优化控制方法,首先在温度边值测量约束(TBVMC)模型基础上,理论分析水泵转速与水量、扬程、功率与调速比的关系,提出冷却塔性能优化方法;其次,分别研究水泵、风机变频控制机理,提出基于定温差的水泵、风机频率控制方法,实现冷却塔热力性能优化控制;最后,为CEF-370A不锈钢逆流冷却塔搭建测量与执行模块,验证优化控制效果。结果表明:在各个测试温差下,频率拟合值与实测值相对偏差在±2.4%以内。     

基于拉格朗日乘子法的空间圆弧拟合优化方法

针对传统的空间圆弧拟合方法鲁棒性低、拟合精度不高等问题,提出了一种鲁棒性较强的空间圆弧拟合优化方法。首先,以拉格朗日乘子法为基础,基于平面条件约束建立目标函数,从而得出空间圆弧拟合方程;其次,采用RANSAC（random sample consensus,随机抽样一致）算法剔除错误跟踪点,将RANSAC算法的高稳定性应用到空间圆弧拟合的点云优化中,进而提高拟合精度。最后,通过实验分析验证了所提空间圆弧拟合优化方法的可行性,并与传统拟合方法进行比较,分析所提方法的拟合精度。实验结果表明：普通圆弧点云拟合的相对精度在0.003左右,复杂圆弧点云拟合的相对精度在0.01左右;相较于传统拟合方法,所提方法有效解决了拟合精度低及鲁棒性差等问题。研究结果表明提出的空间圆弧拟合优化方法一方面可运用拉格朗日乘子法增强鲁棒性,另一方面可通过采用RANSAC方法剔除错误点以提高拟合精度,具有广泛的工程实际应用价值。     

Triangular checkerboard control using a wavelet‐based method in topology optimization

Topology optimization has been carried out mainly with structured quadrilateral finite elements. However, triangular elements facilitate mesh generation especially for problems having complex geometries that often appear in practical industrial problems. The use of triangular elements, especially low‐order triangular elements, causes a serious numerical trouble that is equivalent to the rectangular checkerboard pattern formation. The objective of this investigation is to develop a triangular checkerboard‐freeing method that directly restricts the design space. To this end, we use the multiscale design space that is mapped from the standard single‐scale density space. To facilitate the mapping, we employ the triangular mesh subdivision and propose a bi‐orthogonal wavelet transform suitable for a triangulated domain. For checkerboard‐free designs, a shrinkage method based on the wavelet frame appropriate for triangular mesh is proposed. Typical benchmark problems and a simplified roof‐reinforcing problem in an automobile body are considered to check the effectiveness of the proposed method. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种基于猫群优化算法的焊缝跟踪自调整规则模糊控制方法

机器人焊缝跟踪系统由于焊接环境的复杂性是一个存在不确定信息的非线性复杂系统,一般的控制方法不能很好地适应受控对象的多变性.对此本文提出了一种基于猫群优化算法(CSO)的机器人焊缝跟踪自调整规则的模糊控制器(CSO-FC),使用解析形式的控制规则表达式,以简化机器人焊缝跟踪中模糊推理过程,并将一个权系数加入到表达式中,不...     

Multi-stage optimization method for air-intake system of hovercraft based on autonomous optimization

Abstract

In this study, an optimal structural design program was designed and developed for Computational Fluid Dynamics based on self-optimization, effectively reducing the time required for structural optimization. Through experimental design using this program, the effects of various design variables on the optimization objectives were evaluated, and an adaptive simulated annealing algorithm was used for global optimization. Furthermore, response surface methodology and a nonlinear quadratic programming algorithm were utilized to obtain a global optimum solution after repeated iterations. Moreover, using a hovercraft air-intake system as the optimized object, the total pressure loss of the system was completely optimized by using a porous medium model and Matlab analysis program, and the accuracy of the structural design optimization program was validated. After the global optimization, the total pressure loss of the air-intake system was reduced by 20.5% compared to the original model. An average nonuniformity of 4.36% of engine inlet speed and 5% local nonuniformity of 11.19% satisfy the design requirements of the hovercraft engine. This method can be directly applied to engineering optimization problems as well as multiobjective optimization tasks after improving the relevant methodologies.     

Topology optimization using bi-directional evolutionary structural optimization based on the element-free Galerkin method

In this article, the bi-directional evolutionary structural optimization (BESO) method based on the element-free Galerkin (EFG) method is presented for topology optimization of continuum structures. The mathematical formulation of the topology optimization is developed considering the nodal strain energy as the design variable and the minimization of compliance as the objective function. The EFG method is used to derive the shape functions using the moving least squares approximation. The essential boundary conditions are enforced by the method of Lagrange multipliers. Several topology optimization problems are presented to show the effectiveness of the proposed method. Many issues related to topology optimization of continuum structures, such as chequerboard patterns and mesh dependency, are studied in the examples.     

基于相平面方法的车辆稳定性控制

针对车辆的稳定性问题,基于相平面理论,通过建立二自由度车辆的扩展模型以及运用简化的魔术公式对实际的轮胎侧向力进行拟合,获得了相平面图并划分稳定的区域;研究路面附着系数和车速对相平面边界的影响,确定质心侧偏角与质心侧偏角速度β-β相平面及质心侧偏角与横摆角速度β-r相平面的边界函数,提出一种车辆稳定性控制方法.在建立的Simulink与Carsim联合仿真平台上,对所设计的控制器进行验证,当系统相轨迹超出稳定区域时,以稳定边界为控制目标,控制器集成2种相平面图计算所需要的横摆力矩,将不稳定的状态拉到稳定区域,从而实现了车辆稳定性的控制.最后,与受2种单一相平面控制、横摆角速度控制和未控制的车辆进行对比,结果表明:所设计的集成控制器有一定的优势,能够显著提高极限工况下车辆的稳定性.     

基于复合优化方法立式数控加工中心的多目标优化设计

为实现加工中心动静态性能不低于优化前性能,达到整机重量最轻的要求,本文提出了一种复合优化方法来研究多变量、多约束和多目标的数控加工中心优化设计。采用有限元分析和实验模态测试方法分析各大件动态性能,并验证了有限元模型的精确性。然后以该有限元模型为基础进行静态分析,得出各大件的最大变形及应力等。以柔度为目标,采用变密度法拓扑优化设计立柱结构的外形框架;以固有频率为目标,基于元结构的可适应性动态优化方法设计加工中心的筋板结构;以固有频率和质量为目标,基于响应面法的尺寸优化确定各结构的最优尺寸。最后将优化后的各大件进行整机装配,分析校核整机动静态性能。分析结果表明,优化后的整机在保证加工中心动静态性能的条件下,整机质量从12749kg减少到12127kg,减重达到4.9%,达到了整机的优化设计要求,说明该方法具有较高的精度和较强的工程实用性。     

Structural shape optimization with meshless method and swarm-intelligence based optimization

International Journal of Mechanics and Materials in Design - This paper presents a distinctive numerical approach for shape optimization by coupling meshless method with stochastic swarm...