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基于损失函数的缩比模型冲击响应预报结果修正方法

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航空学报 2022年第8期43卷 463-474页

作者：王悦鑫何欢吴添惠旭龙南京航空航天大学机械结构力学及控制国家重点实验室南京210016 南京航空航天大学振动工程研究所南京210016 上海宇航系统工程研究所上海210019 中国飞机强度研究所结构冲击动力学航空科技重点实验室西安710065

利用缩比模型相似性预报原型结果是研究大型结构冲击响应常用的手段之一。受应变率效应的影响,缩比模型与原型的流动屈服应力相似关系失衡,导致缩比模型试验结果预报原型冲击响应出现偏差。针对这一问题,本文开展缩比模型冲击响应预报... 详细信息

利用缩比模型相似性预报原型结果是研究大型结构冲击响应常用的手段之一。受应变率效应的影响,缩比模型与原型的流动屈服应力相似关系失衡,导致缩比模型试验结果预报原型冲击响应出现偏差。针对这一问题,本文开展缩比模型冲击响应预报结果修正方法研究,提出一种衡量流动屈服应力整体误差的损失函数来量化缩比模型与原型流动屈服应力之间的差异,当损失函数在应变率区间内取最小值时可以得到满足最小整体误差条件的速度相似因子,以此修正缩比模型试验的初始条件和其他物理量的相似因子,达到减小预报误差的效果。为了验证该方法的有效性,开展了数值模拟和冲击试验。结果表明,利用损失函数法可以有效地提高缩比模型的预报精度,能够更准确地预报原型的冲击响应。

关键词：缩比模型应变率效应冲击响应损失函数相似关系

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弓网关系缩比模型设计方法研究

铁道科学与工程学报 2023年第10期20卷 3976-3988页

作者：刘文正伊金浩张坚李鑫黄朝阳北京交通大学电气工程学院北京100044 中铁工程设计咨询集团有限公司北京100055 长江师范学院机器人工程学院重庆408100 中车青岛四方机车车辆股份有限公司技术中心山东青岛266111

当列车运行速度提高时,受轮轨振动及气动激扰的影响,接触网波动和受电弓振动加剧,弓网受流质量变差,甚至产生离线。受实际情况或场地因素的影响,在实际线路和现有实验平台上难以全面分析各影响因素对受流特性的影响。为了能够从小场地... 详细信息

当列车运行速度提高时,受轮轨振动及气动激扰的影响,接触网波动和受电弓振动加剧,弓网受流质量变差,甚至产生离线。受实际情况或场地因素的影响,在实际线路和现有实验平台上难以全面分析各影响因素对受流特性的影响。为了能够从小场地对列车高速运行时的弓网关系进行研究,全面分析各因素对受流特性的影响,开展弓网缩比模型设计方法的研究。主要是基于相似理论,提出针对简单链形接触网与受电弓的缩比系数计算方法。然后,基于缩比系数的计算结果,结合实际材料属性对弓网关系的影响程度,选取缩比模型的关键参数的相似关系,提出基于实际材料的几何相似和几何不相似模型的设计方法及设计参数。最后,基于原模型和缩比模型的结构参数,采用有限元法,在仿真软件中建立弓网耦合模型,并从静态和动态特性角度验证缩比模型的合理性。研究结果表明,缩比模型的接触网刚度分布、固有频率、接触力、离线特性参数等静态和动态参量的变化规律与原模型的变化规律基本一致,且误差均处于可以接受的范围。说明本文提出的缩比系数计算方法及弓网缩比模型的设计方法及结果是合理的,可以进一步应用到高速铁路弓网关系研究中,亦可为弓网缩比实验平台的构建提供理论方法。

关键词：受流特性缩比模型接触力接触网受电弓

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支腿式着陆装置运载器缩比模型相似性分析

机械工程学报 2022年第22期58卷 360-368页

作者：高海波王英超于海涛刘振丁亮宋宝玉邓宗全哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室哈尔滨150080

为节省整机实验成本,实现运用垂直降落运载器缩比模型试验反演原型的着陆过程,为垂直降落运载器着陆研究提供便利,运用相似性分析理论,建立垂直降落运载器着陆过程的缩比模型,定量反映其原型着陆过程的动力学行为。针对着陆过程中碰撞... 详细信息

为节省整机实验成本,实现运用垂直降落运载器缩比模型试验反演原型的着陆过程,为垂直降落运载器着陆研究提供便利,运用相似性分析理论,建立垂直降落运载器着陆过程的缩比模型,定量反映其原型着陆过程的动力学行为。针对着陆过程中碰撞、缓冲两种典型动力学行为建立分析模型,碰撞过程分别以速度跳变及冲击力作为分析目标,建立离散型、连续型(包含弹性与弹塑性两种模型)碰撞模型,采用量纲分析法和方程分析法,分别导出原型-缩比模型间的相似准则及力学参量比例关系。开展垂直降落运载器原型、缩比模型着陆过程仿真,验证离散型碰撞与连续型弹性碰撞、缓冲过程及着陆过程的动力学、运动学相似性,仿真结果数据与相似性分析理论推导吻合程度较高,该成果可为垂直降落运载器缩比样机设计及等效试验提供理论依据。

关键词：支腿式着陆装置缩比模型相似性分析碰撞垂直降落运载器

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基于缩比模型的水下滑翔机运动相似性研究

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2023年第2期56卷 119-126页

作者：刘玉红冯登雪邓仕晗刘书赫朱亚强天津大学机械工程学院天津300350

利用水下滑翔机缩比模型预报原型运动特征及滑翔经济性的前提是两者运动相似.以天津大学自主研制的PetrelⅡ水下滑翔机作为研究对象,从相似理论出发,基于动力学方程及纳维-斯托克斯(N-S)方程,推导了水下滑翔机原型与模型在运动相似时应... 详细信息

利用水下滑翔机缩比模型预报原型运动特征及滑翔经济性的前提是两者运动相似.以天津大学自主研制的PetrelⅡ水下滑翔机作为研究对象,从相似理论出发,基于动力学方程及纳维-斯托克斯(N-S)方程,推导了水下滑翔机原型与模型在运动相似时应当满足相似准则以及相似转换关系.采用计算流体动力学方法计算了不同缩比情况下水下滑翔机的升力系数及阻力系数,得到了尺度相似比与升力系数、阻力系数的关系.分析表明,在稳定滑翔状态下,水下滑翔机缩比模型与原型运动相似需要满足弗劳德准则;在该准则下,在一定的缩尺比范围内,升力系数与阻力系数的尺度效应并不明显,以尺度相似比为0.5设计缩比模型最为合适.通过水池试验获得了缩比模型在一定俯仰角下的速度、升阻比等运动参数,试验结果表明:缩比模型与原型间存在运动相似性;缩比模型在水池试验中得到的横向速度、垂向速度和升阻比与水下滑翔机原型海试结果吻合较好,相对误差满足工程误差要求.论文提出的利用水下滑翔机缩比模型对原型运动参数和滑翔经济性进行预报切实可行,可为大型水下滑翔机的设计提供实验室验证平台,对于缩短研发周期具有重要意义.

关键词：水下滑翔机缩比模型相似理论运动相似滑翔经济性

卧式乏燃料干法贮存系统缩比模型传热特性数值研究

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核动力工程 2024年

作者：王正权杨廷文青龙徐世佳陈康程呈唐琼辉重庆大学核工程与核技术系中广核工程有限公司核电安全监控技术与装备国家重点实验室重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室两江新能源(核能与动力)实验室

乏燃料干法贮存具有安全、经济及灵活的优势，是当前核工业领域的研究热点之一。本研究以乏燃料贮存系统的水平贮存模块（HSM）为研究对象，采用计算流体动力学（CFD）共轭传热技术与多孔介质相结合的物理建模方法，建立了混凝土模块及... 详细信息

乏燃料干法贮存具有安全、经济及灵活的优势，是当前核工业领域的研究热点之一。本研究以乏燃料贮存系统的水平贮存模块（HSM）为研究对象，采用计算流体动力学（CFD）共轭传热技术与多孔介质相结合的物理建模方法，建立了混凝土模块及贮存容器的1/2缩比模型的三维自然对流传热模型，在Fluent求解器中对模块内的流动传热过程进行了数值模拟。研究结果表明：混凝土模块底部入口处的收缩结构设计导致进口段的空气流速陡增，最大流速为1.98 m/s；混凝土模块内的热屏蔽板可有效降低混凝土的温度，高温区域分布在内部腔室的后墙上半部分，最高温度为108.05℃；燃料组件温度在轴向及水平径向上呈对称分布，最高温度为321.97℃；混凝土模块内自然对流换热量占总发热功率的82.3%，其结构设计具有良好的排热能力。该研究将为乏燃料干法贮存系统的缩比实验及样机设计提供重要的参考。

关键词：乏燃料干法贮存系统缩比模型自然对流共轭传热多孔介质数值模拟

壳厚非协同缩比模型水下声散射相似性分析及修正方法

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兵工学报 2024年

作者：李崟浩彭子龙宋昊彭绍康唐宇航江苏科技大学能源与动力学院中国船舶集团有限公司系统工程研究院 92578部队

受加工工艺、水下承压、安全运输等因素的限制，声散射缩比模型的壳厚及三维主尺寸常常难以满足声学相似性设计要求，严重制约模型与实船之间的声散射特性的换算。为此，尝试将壳体局部声学参数的声学相似性分析与修正作为目标整体声散... 详细信息

受加工工艺、水下承压、安全运输等因素的限制，声散射缩比模型的壳厚及三维主尺寸常常难以满足声学相似性设计要求，严重制约模型与实船之间的声散射特性的换算。为此，尝试将壳体局部声学参数的声学相似性分析与修正作为目标整体声散射修正的基础，提出一种针对壳厚非协同缩比模型的目标强度修正方法。分别以单双层球壳模型和复杂双壳体模型为验证对象，前者采用严格简正级数，后者采用二维轴对称有限元技术，分别开展其目标强度的修正与换算分析，归纳复杂模型壳体声学参数变化导致的缩比模型目标强度的变化规律，验证修正方法的有效性。研究结果表明，新修正方法的提出使壳厚非协同缩比模型目标强度推算到原型更符合实际工程需要。

关键词：声散射相似性理论 Rayleigh简正级数解分层弹性介质理论缩比模型

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船舶推进轴系动力学缩比模型设计

船舶力学 2021年第7期25卷 973-980页

作者：周凌波熊晨熙段勇吴江海孙玉东魏强中国船舶科学研究中心船舶振动噪声重点实验室江苏无锡214082 中国舰船研究设计中心武汉430064

本文以某型水面双体船及其推进轴系为原型,计入船体结构的支撑动力学影响,依据动力学参数的缩比换算关系,设计了一种验证轴系回旋振动控制技术的陆上缩比轴系试验模型,并通过对实船推进轴系和缩比轴系模型的动力学仿真分析和对比,验证... 详细信息

本文以某型水面双体船及其推进轴系为原型,计入船体结构的支撑动力学影响,依据动力学参数的缩比换算关系,设计了一种验证轴系回旋振动控制技术的陆上缩比轴系试验模型,并通过对实船推进轴系和缩比轴系模型的动力学仿真分析和对比,验证了所设计缩比轴系的动力学适用性,为轴系回旋振动控制方法的验证提供了有效试验对象。

关键词：推进轴系结构动力学缩比模型

基于缩比模型的全尺寸飞机纵向Ⅰ类PIO预测

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北京航空航天大学学报 2021年第11期47卷 2297-2310页

作者：左宪帅王立新刘杰胡一繁柴雪何倩琳北京空天技术研究所北京100074 北京航空航天大学航空科学与工程学院北京100083

驾驶员诱发振荡(PIO)对飞机的飞行安全构成严重威胁,在进行全尺寸飞机PIO特性评估飞行试验之前,利用与全尺寸飞机动力学相似的缩比模型进行飞行试验,对全尺寸飞机的PIO特性进行初步评估,可以达到节约试验成本和降低试验风险的目的。针... 详细信息

驾驶员诱发振荡(PIO)对飞机的飞行安全构成严重威胁,在进行全尺寸飞机PIO特性评估飞行试验之前,利用与全尺寸飞机动力学相似的缩比模型进行飞行试验,对全尺寸飞机的PIO特性进行初步评估,可以达到节约试验成本和降低试验风险的目的。针对驾驶杆操纵到指令形成过程中的时间延迟这一因素诱发的纵向Ⅰ类PIO,选取带宽准则和Neal-Smith准则作为评定准则,分析了全尺寸飞机和缩比模型对应PIO评定参数的相似比例关系,并建立了基于缩比模型的全尺寸飞机纵向Ⅰ类PIO预测方法。以某型军用运输机及其缩比模型作为算例飞机进行了仿真验证,验证结果表明:分析得到的相似比例关系是正确的,基于缩比模型试验数据可以较为准确地评估全尺寸飞机的Ⅰ类PIO特性。

关键词：缩比模型诱发振荡(PIO) 时间延迟相似比例仿真验证

卧式乏燃料干法贮存系统缩比模型传热特性数值研究

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核动力工程 2024年第3期45卷 68-75页

作者：王正权杨廷文青龙徐世佳陈康程呈唐琼辉重庆大学核工程与核技术系重庆400044 两江新能源(核能与动力)实验室重庆400044 中广核工程有限公司核电安全监控技术与装备国家重点实验室广东深圳518172 重庆大学低品位能源利用技术及系统教育部重点实验室重庆400044

乏燃料干法贮存具有安全、经济及灵活的优势,是当前核工业领域的研究热点之一。本研究以乏燃料干法贮存系统的水平贮存模块(HSM)为研究对象,采用计算流体动力学(CFD)共轭传热技术与多孔介质相结合的物理建模方法,建立了混凝土模块与贮... 详细信息

乏燃料干法贮存具有安全、经济及灵活的优势,是当前核工业领域的研究热点之一。本研究以乏燃料干法贮存系统的水平贮存模块(HSM)为研究对象,采用计算流体动力学(CFD)共轭传热技术与多孔介质相结合的物理建模方法,建立了混凝土模块与贮存容器的1/2缩比模型的三维自然对流传热模型,在Fluent求解器中对模块内的流动传热过程进行了数值模拟。研究结果表明:混凝土模块底部入口处的收缩结构设计导致进口段的空气流速陡增,最大流速为1.98 m/s;混凝土模块内的热屏蔽板可有效降低混凝土的温度,高温区域分布在内部腔室的后墙上半部分,最高温度为108.05℃;燃料组件温度在轴向和水平径向上呈对称分布,最高温度为321.97℃;混凝土模块内自然对流换热量占总发热功率的82.3%,其结构设计具有良好的排热能力。该研究将为乏燃料干法贮存系统的缩比实验和样机设计提供重要参考。

关键词：乏燃料干法贮存系统缩比模型自然对流共轭传热多孔介质数值模拟