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内燃机工程 2015年第2期36卷 98-102,110页

作者：郑康郝志勇毛杰王连生浙江大学汽车与发动机振动噪声实验室杭州310027

以某发动机塑料缸盖罩为研究对象,通过声品质评价来分析其影响声品质的结构并进行优化。首先对发动机顶部声压级进行测量并对其进行声品质评价,分析得到影响声品质的频段。建立发动机有限元模型并进行模态试验验证,建立多体动力学模型... 详细信息

以某发动机塑料缸盖罩为研究对象,通过声品质评价来分析其影响声品质的结构并进行优化。首先对发动机顶部声压级进行测量并对其进行声品质评价,分析得到影响声品质的频段。建立发动机有限元模型并进行模态试验验证,建立多体动力学模型计算缸盖罩振动并与试验对照,确认模型有效性。根据声品质评价分析结果找出影响声品质的缸盖罩模态,并对其进行结构优化与振动计算验证。将改进后的缸盖罩再进行顶部声压级测量和声品质评价。与原机型对比发现顶部声压级有所降低,声品质也得到明显改善。

关键词：内燃机缸盖罩声压级多柔性体动力学声品质

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柴油机传动部件典型故障动力学响应仿真计算研究

柴油机传动部件典型故障动力学响应仿真计算研究

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作者：张秋爽北京化工大学

学位级别：硕士

活塞发动机在工程实际中因工作环境恶劣、长期承受强冲击载荷以及人工维护不当等原因,机械部件故障频发。目前,国内外针对发动机传动机构动力学分析、故障监测诊断的研究仍有较多不足,对机械部件故障的监测效果不佳。活塞发动机机械故... 详细信息

活塞发动机在工程实际中因工作环境恶劣、长期承受强冲击载荷以及人工维护不当等原因,机械部件故障频发。目前,国内外针对发动机传动机构动力学分析、故障监测诊断的研究仍有较多不足,对机械部件故障的监测效果不佳。活塞发动机机械故障轻则停机检修、产生经济损失,重则机组毁损甚至导致现场人员伤亡,所以加强故障机理与监测诊断技术研究,提升活塞发动机故障在线监测水平,实现故障预警,减少恶性故障发生,具有重要社会意义和经济价值。本文主要面向活塞发动机传动机构中较为常见的间隙磨损故障展开研究,鉴于实际工程故障数据样本数量较低,并且部分故障模拟实验实施难度大、成本高。因此,采用模拟仿真与故障实验验证并行的研究方法,开展发动机传动机构故障机理研究工作,揭示变工况下不同磨损阶段大头瓦间隙异常的具体表现特征,并定量分析因间隙变化对部件寿命产生的影响;明确不同磨损阶段齿轮啮合刚度、齿轮啮合位置变化对齿轮系统动态响应的影响。论文的主要研究内容如下:(1)针对变工况下连杆轴瓦的受力特点建立离散单一独立间隙故障刚柔耦合模型,根据机组实际间隙故障参数修正刚柔耦合模型各接触副条件设置,分析在变工况下不同磨损程度大头瓦单间隙异常的润滑表现特征和振动特征,进而探究因气体燃烧不匀导致活塞受力偏移的大头瓦偏磨多间隙耦合故障特征,最终,定量分析因间隙变化对部件寿命产生的影响,以提升活塞发动机关键部件间隙故障机理研究与振动监测预警技术水平。(2)针对实际运行中齿轮磨损形式复杂,故障机理还不够清晰的问题,基于刚柔耦合模型,结合数值计算和有限元分析,开展齿轮齿面不同磨损模式下啮合刚度及累积磨损量对系统动态响应的影响研究,获得不同磨损故障状态下齿轮的啮合刚度变化规律,以及机体振动响应特性,为分析诊断齿轮早期磨损故障奠定基础。(3)搭建活塞发动机传动部件典型故障模拟实验台并完成实验验证研究。通过大头瓦磨损间隙异常模拟实验、活塞发动机齿轮箱磨损故障实验,对动力学仿真结果进行验证研究,阐述活塞发动机传动机构动态磨损故障的接触特性与振动特征。基于实验研究、工程技术累计的故障数据样本对理论成果进行验证,为活塞发动机的故障监测诊断工作提供理论支撑。

关键词：柴油机多柔性体动力学间隙磨损故障啮合刚度动态特性

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基于DEM-MFBD方法的有砟轨道路基不均匀沉降影响分析

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土木与环境工程学报（中英文） 2023年第4期45卷 10-18页

作者：余翠英雷红博罗文俊马斌华东交通大学理学院南昌330013 华东交通大学土木建筑学院南昌330013 中铁二局集团有限公司成都610013

针对有砟轨道路基不均匀沉降现象,开展有砟轨道结构整体变形分析。基于离散元—多柔性体动力学耦合方法(DEM-MFBD),建立了一种简化的2.5维有砟轨道耦合模型,并将其用于有砟轨道细观力学特性研究。基于此耦合模型特性,提出荷载及刚度折... 详细信息

针对有砟轨道路基不均匀沉降现象,开展有砟轨道结构整体变形分析。基于离散元—多柔性体动力学耦合方法(DEM-MFBD),建立了一种简化的2.5维有砟轨道耦合模型,并将其用于有砟轨道细观力学特性研究。基于此耦合模型特性,提出荷载及刚度折减方法,对不同路基沉降波长、幅值下有砟轨道结构整体受力变形进行计算分析,在此基础上研究路基不均匀沉降对轨枕空吊的影响规律。结果表明:路基沉降幅值和波长的增加均导致轨道不平顺明显增大,并促使道床应力集中位置外扩;钢轨沉降面积与路基沉降面积的比值(S_(1)/S_(0))可以反映轨枕空吊情况;路基沉降幅值为10~15 mm时出现轨枕空吊,建议沉降限值不超过10 mm,以便工务部门控制轨枕空吊和轨道不平顺等病害。

关键词：有砟轨道离散元法多柔性体动力学路基沉降刚度折减轨枕空吊

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太空发电站大型柔性结构控制系统设计

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载人航天 2017年第4期23卷 440-447页

作者：刘宇飞侯欣宾王立周璐钱学森空间技术实验室北京100094

太空发电站作为千米级空间超大尺度柔性结构,针对其超长梁和膜结构的三轴稳定姿态控制以及地球静止轨道的定点运行,设计了一套姿态轨道控制系统。首先运用等效简化的方法将主次桁架结构进行简化,建立了简化模型,进而利用简化模型的模态... 详细信息

太空发电站作为千米级空间超大尺度柔性结构,针对其超长梁和膜结构的三轴稳定姿态控制以及地球静止轨道的定点运行,设计了一套姿态轨道控制系统。首先运用等效简化的方法将主次桁架结构进行简化,建立了简化模型,进而利用简化模型的模态信息实现了多柔性体动力学建模。分析了大尺度柔性结构在姿态和轨道方面所受到的空间扰动,主要包括太阳光压摄动、重力梯度摄动等因素,并据此设计了以电推进器为执行机构的三轴稳定的姿态控制系统和分散式的轨道控制系统。仿真估算结果表明,控制系统能够满足姿态、轨道控制要求,但燃料消耗较大。

关键词：太空发电站超大尺度柔性结构多柔性体动力学姿态轨道控制

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TBM刀盘不同位置滚刀动态响应分析

TBM刀盘不同位置滚刀动态响应分析

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作者：刘畅大连交通大学

学位级别：硕士

TBM滚刀安装在刀盘前方切削岩土,滚刀的工作寿命直接影响TBM的掘进效率。研究TBM刀盘不同位置滚刀的动态载荷及在动态载荷作用下的动应力和动应变,对优化设计滚刀和刀具的布局,提高滚刀掘进性能和使用寿命,降低建设成本具有重要意义。... 详细信息

TBM滚刀安装在刀盘前方切削岩土,滚刀的工作寿命直接影响TBM的掘进效率。研究TBM刀盘不同位置滚刀的动态载荷及在动态载荷作用下的动应力和动应变,对优化设计滚刀和刀具的布局,提高滚刀掘进性能和使用寿命,降低建设成本具有重要意义。本文以某盾构刀具公司提供的正面双刃滚刀切削为研究对象,基于多体动力学仿真平台RecurDyn,模拟滚刀的实际切削状态,建立不同位置滚刀破岩仿真模型,分析刀圈内部动态响应及其对破岩效率的影响,分析了滚刀磨损和失效机理。具体研究工作如下:利用三维建模软件Creo建立滚刀模型,包括中心轴、密封装置、轴承、端盖、刀圈等零部件。利用离散元仿真获取滚刀三向力动态载荷;将滚刀刀圈设置成为柔性体,加载外部三向力动载荷,分析同一周期内和不同周期内滚刀内部动态应力,仿真结果与实际滚刀受力工况相契合,说明加载动载荷的可靠性,为后续破岩机理和破岩效率的影响因素分析奠定基础。提出TBM不同位置滚刀3D切削岩体模型装配方法。在Recurdyn软件中建立了基于柔性体的岩土模型,进行了岩土材料参数设置和网格划分;创建滚刀切削模型,包括刚体建模、FDR单元建模、约束建模、接触建模和运动参数设置。进行了中心滚刀、正面滚刀和边缘滚刀的切削岩体仿真实验,每把滚刀均在自转、公转和推进三个运动状态下工作,探讨了刀圈内部各节点处的动应力随时间变化的趋势、分析了动应力变化的影响因素。中心滚刀刀圈上越接近岩体的点受到的应力值就越大,且在同一时间范围内,观测节点的应力值变化范围大;通过分析正面滚刀前三个周期应力的增长趋势,可以推算第四周期的应力峰值大约在2000MPa左右,且其切深应该控制在25mm～50mm的合理范围。边缘滚刀整体受到较大偏载导致其内部结构受力分布不均衡,其朝向岩体下方的一侧有可能会磨损的比较快从而容易发生侧向偏磨现象,进而滚刀的寿命有显著影响。并通过四组现场实验数据对仿真结果的合理性进行验证。运用控制变量法,进行推进速度和刀盘转速两个单因素对边缘滚刀内部动态响应产生影响的分析。若同样的掘进的距离,当使用越小的掘进速度时,滚刀所受应力值越小,这证明减少了滚刀刀刃与岩体之间的相对运动的受力,延长滚刀使用寿命,因此推进速度不宜过大。当刀盘转速较小时,三向力均随着转速的增加而减小,且减少幅度都比较大,且滚刀的轴向力相比法向力和切向力减少相对较多,故刀盘转速对轴向力的影响更大;当刀盘转速由4 r/min上升到5 r/min,三向力大小的变化与转速成正比,但两种转速下的三向力涨幅变化不明显。为防止滚刀与岩体之间过度摩擦接触,降低工作能耗和减少岩渣对滚刀产生不必要的磨损,在掘进过程中应选择适中的掘进速度和刀盘转速。

关键词：滚刀 TBM 动应力 RecurDyn 多柔性体动力学

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路基不均匀沉降下有砟轨道结构变形机理及动力响应研究

路基不均匀沉降下有砟轨道结构变形机理及动力响应研究

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作者：雷红博华东交通大学

学位级别：硕士

由于地质条件复杂及道床稳定性,有砟轨道极易产生路基不均匀沉降。路基不均匀沉降严重影响铁路轨道的力学性能。在我国客运高速化及货运重载化的发展趋势下,路基不均匀沉降下的轨道结构变形机理及动力响应是目前需要解决的突出问题。本... 详细信息

由于地质条件复杂及道床稳定性,有砟轨道极易产生路基不均匀沉降。路基不均匀沉降严重影响铁路轨道的力学性能。在我国客运高速化及货运重载化的发展趋势下,路基不均匀沉降下的轨道结构变形机理及动力响应是目前需要解决的突出问题。本文通过充分调研相关研究现状,发现针对有砟轨道路基病害等问题常用的室内试验及数值仿真方法,在路基不均匀沉降问题的研究中均存在着一定的不足之处。因此,基于既有研究的不足,基于离散元-多柔性体动力学耦合仿真方法建立有砟轨道路基不均匀沉降损伤模型。提出针对研究问题的2.5维模型简化方法。首先参考文献中的室内试验建立耦合仿真模型,研究路基不均匀沉降下的有砟轨道结构沉降变形特性研究及参数化分析,之后依据研究结果建立有砟轨道动力学耦合模型,对不同形式路基不均匀沉降下有砟轨道结构动力特性及道床磨损规律开展研究。本文主要工作如下:1.基于离散元-多柔性体动力学耦合仿真方法,提出了有砟轨道结构损伤模型建模方法;模型可分为离散元道床子模型和多柔性体动力学上部结构子模型。并通过仿真试验与文献数据对比对离散元接触模型进行了参数标定。2.参考文献试验建立有砟轨道累积沉降模型,与文献结果对比验证模型正确性。利用模型开展余弦型路基不均匀沉降下轨道结构沉降变形规律研究。3.利用建立的有砟轨道结构累积沉降模型,对道砟颗粒杨氏模量、扣件刚度及荷载频率对有砟轨道结构累积变形的影响规律进行参数化分析,4.基于能量磨损理论,编写道砟颗粒磨损的接触模型子程序;建立有砟轨道有限元模型并计算弹性轨枕下的荷载缩减系数。基于有限元模型与前文结果得到路基不均匀沉降下钢轨变形曲线,建立路基不均匀沉降下有砟轨道动力学模型,研究了不同形式的路基不均匀沉降下的轨道结构动力响应及道床磨损。并得到主要结论如下:1.路基沉降波长、幅值增大加剧了轨道不平顺,波长扩散角变化不大,趋于33.5°。路基不均匀沉降使沉降位置两侧道床产生应力集中。沉降波长和幅值增加导致道床应力集中范围外延。轨面沉降槽面积与路基不均匀沉降面积的比值可以反映轨枕空吊情况,道床维修应根据路基沉降情况确定重点位置;工程中应尽量将沉降幅值控制在10mm以内以避免轨枕空吊,确保列车运行安全。2.随着道砟颗粒杨氏模量逐渐增大,道床刚度增大,道床整体变形能力下降,沉降波长扩散角随之增大,钢轨沉降变形量减少。荷载频率增大使累计变形速率加快。道床累计沉降显著增大。扣件刚度的变化对轨道结构变形影响较小。3.路基不均匀沉降使轨道结构的动力响应非线性增大,并显著加剧车-轨系统的动力响应,影响行车平顺性。轨枕的非完全空吊,可能对道床造成较大冲击荷载。路基不均匀沉降使沉降位置两侧结构受力、道床磨损出现明显峰值,且轨枕空吊下情况更为严重。随着沉降量的增大,余弦型沉降的扣件力、枕下压力、道床磨损峰值位置均先外扩后内收,其影响范围不断扩大;错台型沉降扣件力、枕下压力峰值位置不断外扩,最终导致轨道整体受力加剧,道床磨损峰值位置由沉降路段两侧最终变为沉降路段后。工程中应根据沉降情况确定受损位置,及时维修、更换受损扣件,并及时对脏污道床进行清筛、更换。

关键词：有砟轨道路基不均匀沉降离散元多柔性体动力学轨枕空吊

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