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蜂窝板几何参数对芯子剪切模量测量值的影响

塑性工程学报 2024年第3期31卷 180-185页

作者：孙彦彬吴雨晴徐天时大连交通大学机车车辆工程学院辽宁大连116028

为了通过三点弯曲试验获得蜂窝芯子较准确的剪切模量,基于商用铝蜂窝夹层板几何参数与典型剪切模量值,对三点弯曲试验有限元仿真模型进行校验,研究了蜂窝夹层板几何参数对测得芯子剪切模量值的影响规律。利用Sobol法对各影响因素进行灵... 详细信息

为了通过三点弯曲试验获得蜂窝芯子较准确的剪切模量,基于商用铝蜂窝夹层板几何参数与典型剪切模量值,对三点弯曲试验有限元仿真模型进行校验,研究了蜂窝夹层板几何参数对测得芯子剪切模量值的影响规律。利用Sobol法对各影响因素进行灵敏度分析,拟合得到简化代理模型。基于简化代理模型,给出了三点弯曲试验中蜂窝夹层板几何参数适用可行域。研究结果表明,蜂窝夹层板几何参数对芯子剪切模量测量值的影响程度由大到小的顺序为芯子密度、面芯厚度比和面板厚度。在给定的可行域内,通过三点弯曲方法测得的蜂窝芯剪切模量精度良好,可为实际工程提供参考。

关键词：蜂窝夹层板三点弯曲试验剪切模量

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仿生层级薄壁方管耐撞性数值分析及优化

机械强度 2024年第3期46卷 618-625页

作者：徐飞秦睿贤陈秉智大连交通大学机车车辆工程学院大连116028

为提高传统薄壁方管的吸能效率,受甲虫翅鞘微观小梁结构启发,提出了一种仿生层级薄壁方管(Bionic Hierarchical thin-walled Square Tube,BHST)。基于超折叠单元理论,建立了BHST平均压溃力理论模型。通过非线性有限元法分析BHST与传统... 详细信息

为提高传统薄壁方管的吸能效率,受甲虫翅鞘微观小梁结构启发,提出了一种仿生层级薄壁方管(Bionic Hierarchical thin-walled Square Tube,BHST)。基于超折叠单元理论,建立了BHST平均压溃力理论模型。通过非线性有限元法分析BHST与传统多胞薄壁方管轴向吸能特性,研究了结构参数对BHST4-2结构耐撞性的影响。结果表明,理论预测与数值模拟结果吻合,相对误差均在7%以内。BHST具有优异的耐撞性。与二阶方管边长相比,壁厚对BHST4-2结构的耐撞性影响更显著。采用径向基函数(Radial Basis Function,RBF)模型和遗传算法对BHST4-2结构进行了多目标优化,得到了结构最优参数。研究结果为设计具有优异吸能特性的薄壁方管提供了新思路。

关键词：仿生层级薄壁方管超折叠单元理论参数分析耐撞性多目标优化

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非均匀风下列车平顺化对气动特性的影响

机械科学与技术 2024年

作者：张旺邱广宇初彦彬大连交通大学机车车辆工程学院中国中车齐齐哈尔车辆有限公司中车大连机车车辆有限公司

为探究转向架区域平顺化设计在非均匀风下对列车气动特性的影响，基于可实现的k-ε两方程湍流模型，对两种400km/h列车在不同横风类型下进行数值模拟。分析了两种风加载下列车头车气动特性的差异，并对列车表面和第一、第三转向架处的... 详细信息

为探究转向架区域平顺化设计在非均匀风下对列车气动特性的影响，基于可实现的k-ε两方程湍流模型，对两种400km/h列车在不同横风类型下进行数值模拟。分析了两种风加载下列车头车气动特性的差异，并对列车表面和第一、第三转向架处的流场结构进行了比较。研究结果表明：在非均匀风环境下，原始模型的头车气动阻力系数、升力系数和横向力系数与均匀风相比，平均差值分别为0.012、0.061和0.171。在安装全覆盖裙板后，10m/s非均匀风速下，头车的气动阻力系数和气动升力系数分别减少了42.7%和27.6%，而气动横向力系数增加了2.8%。此研究可为新一代高速列车的运行安全和气动节能设计提供参考。

关键词：高速列车横风平顺化设计转向架流场结构

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动车组应急蓄电池箱的多目标优化

机械科学与技术 2024年第1期43卷 125-129页

作者：李娅娜高佳威大连交通大学机车车辆工程学院辽宁大连116028

针对动车组的应急蓄电池箱的安全问题和轻量化设计要求,综合多个优化目标对其进行优化分析。将主要部件的厚度作为设计变量,以应急蓄电池箱的总质量和和恶劣工况下的应力最小为优化目标,以其第1阶固有频率为约束函数,使用Box-Behnken设... 详细信息

针对动车组的应急蓄电池箱的安全问题和轻量化设计要求,综合多个优化目标对其进行优化分析。将主要部件的厚度作为设计变量,以应急蓄电池箱的总质量和和恶劣工况下的应力最小为优化目标,以其第1阶固有频率为约束函数,使用Box-Behnken设计方法获取样本数据。利用样本数据建立低阶多项式响应面模型,结合第三代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅲ)进行多目标优化。结果表明:相较于单一的响应面法或遗传算法,本文采用的响应面法与遗传算法结合的方式,使得优化后的参数更加合理,轻量化和安全性均得到了保障。

关键词：响应面模型 NSGA-Ⅲ Box-Behnken设计轻量化安全性

对称谐振式甚低频发/接磁电天线耦合性能研究

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电子与信息学报 2024年第6期46卷 2558-2567页

作者：王晓煜张博焱赵相晨杨西杰冯晴曹振新大连交通大学机械工程学院大连116021 大连交通大学机车车辆工程学院大连116021 东南大学信息科学与工程学院南京210096

甚低频段由于低传播损耗特性,在远距离信号传输及军事通信方面有巨大潜力。传统天线庞大物理尺寸以及复杂网络匹配限制了低频天线通信的发展。磁电(ME)天线基于声波谐振原理可以突破尺寸极限且易于阻抗匹配,在甚低频段传输具有独特优势... 详细信息

甚低频段由于低传播损耗特性,在远距离信号传输及军事通信方面有巨大潜力。传统天线庞大物理尺寸以及复杂网络匹配限制了低频天线通信的发展。磁电(ME)天线基于声波谐振原理可以突破尺寸极限且易于阻抗匹配,在甚低频段传输具有独特优势。基于此设计了P/T/P结构的发射天线和T/P/T结构的接收天线组成的新型ME天线系统。依据磁机电耦合模型分析天线在接收/发射电磁波时的规律;依据辐射模型研究近场范围内天线磁场分布情况;以声波介导激励,实现ME天线在甚低频段的发/收通信实验。实验得到在谐振频率下,ME发射/接收天线在压电占比分别在0.66, 0.34时,结构优化前较于优化后输出电压提升82.6%,通信距离提升42.2%;相较于同等尺寸电小天线辐射效率提高3个数量级;可实现传输速率为5bit/s的调制通信,依据结构优化实现了天线性能的提升。

关键词：磁电天线甚低频声波谐振结构优化辐射效率

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高速动车组一系垂向半主动悬挂研究

力学学报 2024年第8期56卷 2423-2435页

作者：曹洪勇付彬王旭刘彬彬 Di Gialleonardo Egidio Bruni Stefano 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 米兰理工大学机械工程系意大利米兰20156

轻量化是轨道交通车辆发展的重要方向,可降低车辆能耗和运营维护成本.然而车体轻量化改变了车体弹性模态频率,增大了车体结构振动,造成车辆垂向舒适性恶化.提出了一系垂向半主动悬挂策略,即采用可变阻尼减振器替换原有一系垂向减振器,... 详细信息

轻量化是轨道交通车辆发展的重要方向,可降低车辆能耗和运营维护成本.然而车体轻量化改变了车体弹性模态频率,增大了车体结构振动,造成车辆垂向舒适性恶化.提出了一系垂向半主动悬挂策略,即采用可变阻尼减振器替换原有一系垂向减振器,通过对减振器阻尼特性进行实时控制,改善车体刚性和一阶弯曲模态振动.分析了车体刚性和弹性振动与构架振动的耦合关系,在此基础上对一系半主动悬挂的工作原理进行阐述.改进了经典的车辆垂向动力学模型,通过模型计算验证了车体和构架的多种耦合振动关系.对磁流变阻尼减振器的动态特性开展试验测试,建立了该减振器的动力学模型,实现对磁流变阻尼减振器非线性特性的准确预测.以国内某高速列车为原型,建立了完整的车辆动力学模型,并结合磁流变阻尼减振器动力学模型,对一系半主动悬挂的控制策略和应用效果展开研究,得到了两种易于工程应用的控制方法.结果表明一系半主动悬挂对车辆垂向振动,尤其是车体一阶弯曲振动具有显著的控制效果,可改善车辆垂向舒适性指标约30%.

关键词：一系半主动垂向舒适性车体一阶弯曲磁流变阻尼

高速列车受电弓上下臂杆气动降噪大涡模拟研究

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第5期55卷 1855-1866页

作者：许建林公沛霖周一鸣贾永兴李睿杨永刚兰州交通大学机电工程学院甘肃兰州730070 中车山东机车车辆有限公司山东济南250022

受电弓是露置于高速列车顶部的重要受流装置,其所产生的气动噪声是高速列车的主要噪声源之一。为了降低受电弓所产生的气动噪声,采用椭圆截面直杆件和椭圆截面纵向扭转杆件两种方案替代原有上下臂杆的圆形截面直杆件,基于大涡模拟(large... 详细信息

受电弓是露置于高速列车顶部的重要受流装置,其所产生的气动噪声是高速列车的主要噪声源之一。为了降低受电弓所产生的气动噪声,采用椭圆截面直杆件和椭圆截面纵向扭转杆件两种方案替代原有上下臂杆的圆形截面直杆件,基于大涡模拟(large eddy simulation,LES)结合Ffowcs Williams and Hawkings(FW-H)声类比的方法分析流场特征与气动噪声辐射,研究新型受电弓杆件对流场及近、远场气动噪声特性的影响。研究结果表明:在不同列车速度下,与圆形截面杆件相比,椭圆截面纵向扭转杆件受电弓在近、远场辐射的气动噪声有所减弱,具有一定降噪效果;当列车速度为300 km/h时,椭圆截面纵向扭转杆件受电弓远场25 m处声压级最大值可降低约4.3 dB(A),降幅约4.4%;当列车速度为400 km/h时,其近场7.5 m处声压级最大值可降低约5 dB(A),降幅约5.5%。

关键词：高速列车受电弓臂杆气动噪声大涡模拟

基于d-q变换及WOA-LSTM的异步电机定子匝间短路故障诊断方法

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电机与控制学报 2024年第6期28卷 56-65页

作者：王喜莲秦嘉翼耿民北京交通大学电气工程学院北京100044 中车唐山机车车辆有限公司动车检修部河北唐山063035

为了实现对异步电机定子绕组匝间短路故障的可靠在线诊断,提出一种基于d-q变换及鲸鱼优化算法(WOA)优化的长短期记忆网络(LSTM)的故障诊断方法。通过理论推导可知,d-q变换可有效提取定子电流中的特征频谱数据。采用鲸鱼优化算法对长短... 详细信息

为了实现对异步电机定子绕组匝间短路故障的可靠在线诊断,提出一种基于d-q变换及鲸鱼优化算法(WOA)优化的长短期记忆网络(LSTM)的故障诊断方法。通过理论推导可知,d-q变换可有效提取定子电流中的特征频谱数据。采用鲸鱼优化算法对长短期记忆网络中的3个关键参数进行优化,建立WOA-LSTM故障分类模型。为了验证基于d-q变换和WOA-LSTM故障诊断方法的有效性,分别以小波变换、快速傅里叶变换及d-q变换提取电流频谱数据作为输入数据集,以一台YE2-100L1-4型异步电机为实验对象进行实验验证。研究结果表明:相比于小波变换及快速傅里叶变换,采用d-q变换能更准确的提取出定子电流中的故障特征,更精确地反映电机故障状态,有助于提高故障分类准确率;相比于传统的LSTM算法,经WOA优化后的LSTM算法分类准确率可达98.3%,能可靠地实现不同程度匝间短路故障的诊断。

关键词：异步电机故障诊断定子绕组匝间短路 d-q变换理论鲸鱼优化算法长短期记忆神经网络

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高速动车组转向架构架动应力特征研究

机械工程学报 2024年第8期60卷 212-223页

作者：邹晓龙杨广雪张波李国顺张义超陈璨张书郡中车青岛四方机车车辆股份有限公司青岛266111 北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044 中国铁道科学研究院集团有限公司机车车辆研究所北京100081

针对动车组转向架构架在不同服役条件下的结构可靠性问题,开展基于线路跟踪实测数据的转向架构架动应力特征研究。首先基于构架实际线路跟踪测试数据对构架进行疲劳强度评估;在此基础上,分析不同工况下构架的动应力特征,进而研究构架动... 详细信息

针对动车组转向架构架在不同服役条件下的结构可靠性问题,开展基于线路跟踪实测数据的转向架构架动应力特征研究。首先基于构架实际线路跟踪测试数据对构架进行疲劳强度评估;在此基础上,分析不同工况下构架的动应力特征,进而研究构架动应力主频来源以及不同速度级和线路条件等因素对构架动应力的影响。结果表明:进出站工况下,构架在道岔区段产生较大的应力,且存在频率范围较宽的高能量振动,匀速工况下构架应力主频分别对应周期性激扰频率;构架各测点等效应力幅值随速度等级提高而增大,其中横侧梁连接区域测点增大程度在37%以上;构架在京广线上的动应力水平高于京沪线,且部分路段损伤值存在明显较大的现象;随着曲线半径增大,各测点等效应力整体呈减小趋势。研究结果可为构架的优化设计及疲劳强度分析提供一定理论参考。

关键词：转向架构架线路测试动应力疲劳强度时频分析