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车轮多边形对高速列车车轴疲劳强度影响研究

机械工程学报 2023年第6期59卷 185-193页

作者：高闯孙守光任尊松任君临北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

车轮多边形是铁道车辆一种常见的非圆化病害,对轮对振动和车辆运行安全有明显的影响。在建立刚柔耦合拖车和动车车辆系统动力学模型基础上,将车轮多边形简化为简谐波并将其考虑为车轮轮径的变化,研究20阶车轮多边形对拖车和动车车轴疲... 详细信息

车轮多边形是铁道车辆一种常见的非圆化病害,对轮对振动和车辆运行安全有明显的影响。在建立刚柔耦合拖车和动车车辆系统动力学模型基础上,将车轮多边形简化为简谐波并将其考虑为车轮轮径的变化,研究20阶车轮多边形对拖车和动车车轴疲劳强度的影响。结果表明,等效应力幅比值与速度呈非线性关系,且拖车和动车峰值出现位置有所不同,拖车峰值位置出现在速度为225 km/h,对应多边形激励频率432.7 Hz;动车不同截面分别在300 km/h、375 km/h时存在峰值,对应多边形激励频率分别为576.5Hz、721.2Hz。在各峰值位置处,多边形幅值的变化对拖车和动车部分截面的等效应力幅比值均有显著影响。拖车和动车车轴等效应力最大值均位于C截面,并且随着车轮多边形幅值的增加,其等效应力显著增大,超过车轴疲劳强度限值,降低车轴使用寿命。研究结果有助于改善20阶车轮多边形对高速列车车轴疲劳强度及弹性振动的影响。

关键词：高速列车车轮多边形疲劳强度动应力等效应力

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高密度煤油基磁性液体的制备及其性能表征

稀有金属材料与工程 2023年第3期52卷 1113-1119页

作者：韩世达崔红超张佳佳李振坤北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

采用化学共沉淀法,通过改变Fe_(3)O_(4)纳米颗粒的生长温度、包覆环境pH、清洗、分散方式等工艺参数进行对比试验,得出Fe_(3)O_(4)纳米颗粒在生长阶段、包覆阶段、分散阶段的最佳参数条件,优化以往的制备工艺,使油酸包覆的磁性颗粒在煤... 详细信息

采用化学共沉淀法,通过改变Fe_(3)O_(4)纳米颗粒的生长温度、包覆环境pH、清洗、分散方式等工艺参数进行对比试验,得出Fe_(3)O_(4)纳米颗粒在生长阶段、包覆阶段、分散阶段的最佳参数条件,优化以往的制备工艺,使油酸包覆的磁性颗粒在煤油中的分散稳定性得到提高。通过XRD、TEM、VSM等对样品进行表征,并使用旋转流变仪对所制煤油基磁性液体的流变性能进行分析。结果表明,改性后的Fe_(3)O_(4)纳米颗粒平均粒径约为14nm,呈现较为规则的球形,饱和磁化强度为60(A·m^(2))·kg^(-1),可制备出质量分数可达60%的高密度煤油基磁性液体,与普通磁液相比,以此制备工艺得的高密度煤油基磁性液体在饱和磁化强度、抗氧化性等方面皆有较大提升,拥有更高的应用价值。

关键词：磁性液体 Fe_(3)O_(4)纳米颗粒制备方法磁饱和强度

不确定工艺路线下考虑人员技能的检修车间作业调度研究

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计算机集成制造系统 2023年第5期29卷 1550-1561页

作者：马靖冯思佳郝晓曼蒋增强鄂明成王强北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

轨道列车保有量的持续增长和列车服役年限的逐渐积累对运维企业的检修效率提出了更高要求。检修工艺不确定、高水平多技能检修人力资源短缺等因素严重制约检修车间作业调度优化。鉴于此,本文聚焦轨道交通零部件检修车间调度问题,从搭建... 详细信息

轨道列车保有量的持续增长和列车服役年限的逐渐积累对运维企业的检修效率提出了更高要求。检修工艺不确定、高水平多技能检修人力资源短缺等因素严重制约检修车间作业调度优化。鉴于此,本文聚焦轨道交通零部件检修车间调度问题,从搭建调度框架、求解调度模型、开发调度系统等方面开展研究。首先结合轨道交通车辆相关检修标准及要求,对不确定检修工艺路线、人员的技能与等级进行了详细定义,构建了检修调度作业框架;然后建立了不确定工艺路线下考虑人员技能的检修作业调度数学模型,并采用遗传算法进行求解;最后,依托某轨道交通运维企业进行了案例分析,并开发了检修调度原型系统。案例分析结果表明,本研究方法对于缩短检修周期、提高人员利用率等方面提升显著。本研究的成果,有助于具有相关问题背景的企业提升调度能力,提升检修效率。

关键词：检修调度多技能人力资源不确定检修工艺轨道交通

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双层分流燃烧室结构及喷射参数智能优化

内燃机学报 2023年第1期41卷 18-24页

作者：郭强马彪刘杰北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

通过采用NSGA-Ⅱ遗传算法耦合KIVA-3V程序,以双层分流燃烧室为研究对象,对其燃烧系统结构参数与燃油喷射参数进行了多目标智能优化研究,过程中优化了柴油喷射正时、喷孔夹角、涡流比、压缩比及燃烧室结构参数.研究表明:NO_(x)和碳烟排... 详细信息

通过采用NSGA-Ⅱ遗传算法耦合KIVA-3V程序,以双层分流燃烧室为研究对象,对其燃烧系统结构参数与燃油喷射参数进行了多目标智能优化研究,过程中优化了柴油喷射正时、喷孔夹角、涡流比、压缩比及燃烧室结构参数.研究表明:NO_(x)和碳烟排放呈现出明显的trade-off关系,NO_(x)排放和指示燃油消耗率之间存在一定的trade-off关系.对于带碰撞凸台的双层分流燃烧室,射流油束撞击燃烧室喉口碰撞凸台后分为上、下两束,其中下部油束向燃烧室内部卷吸,上部油束进入活塞压缩余隙区域.此时气缸内部空气利用率较高,燃料燃烧较为充分,高温区域分布较广;因而NO_(x)生成区域分布较广、生成量较高.同时因受到双层燃烧室燃料喷射分流的影响,在燃烧室内部以及压缩余隙区域均有明显的碳烟生成,使得碳烟生成区域较为分散,大部分碳烟能够在燃烧后期与新鲜空气混合从而被氧化.

关键词：柴油机多目标智能优化双层分流燃烧室遗传算法

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同轴旋拧可压缩气流中黏性液体射流稳定性

内燃机学报 2022年第5期40卷 471-479页

作者：郭立梅吕明宁智北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

基于空间线性稳定性分析方法建立了描述同轴旋拧可压缩气流中黏性液体射流稳定性的数学模型,分析了气动力、黏性力、惯性力和表面张力等对射流稳定性的影响.结果表明:气流旋转对旋拧气流式液体射流起致稳作用,射流不稳定性随气流轴向引... 详细信息

基于空间线性稳定性分析方法建立了描述同轴旋拧可压缩气流中黏性液体射流稳定性的数学模型,分析了气动力、黏性力、惯性力和表面张力等对射流稳定性的影响.结果表明:气流旋转对旋拧气流式液体射流起致稳作用,射流不稳定性随气流轴向引射速度A的增大先减小后增大;将气流轴向引射作用分为强引射作用(A>2)和弱引射作用(A≤2),在强引射范围内气流轴向引射速度对旋拧气流式液体射流一直起失稳作用.给定周围气流的旋转速度且增大气流轴向引射作用时,改变物性参数,射流轴对称扰动占优模式不会改变,且气流轴向引射作用对射流稳定性的影响不会发生质变;气体可压缩性以及气/液密度比对旋拧气流式液体射流起失稳作用;液体黏度起致稳作用;随表面张力增大,射流不稳定性先迅速减小后缓慢增大,表面张力较小时有利于射流失稳分裂.

关键词：色散方程旋拧气流射流稳定性

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同轴气流式液体射流分裂液滴粒径研究

力学学报 2022年第2期54卷 405-413页

作者：郭立梅吕明宁智北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

针对同轴气流式液体射流分裂液滴粒径预测模型缺乏的现状,结合射流线性稳定性理论,建立了基于临界模数的同轴气流式黏性液体射流分裂液滴粒径表达式,在此基础上,分别研究了气流旋拧(气流同时存在轴向和周向运动)及流体物性(气体可压缩... 详细信息

针对同轴气流式液体射流分裂液滴粒径预测模型缺乏的现状,结合射流线性稳定性理论,建立了基于临界模数的同轴气流式黏性液体射流分裂液滴粒径表达式,在此基础上,分别研究了气流旋拧(气流同时存在轴向和周向运动)及流体物性(气体可压缩性、液体黏性、气液密度比和表面张力)对液滴粒径的影响规律.研究发现:周围气流轴向引射作用和同轴旋转作用均会导致分裂液滴粒径整体呈先增大后减小的趋势;且在气流仅作同轴旋转运动时,相同临界模数下气流旋转对分裂液滴粒径的影响较小.在本文的研究参数范围内,分裂液滴粒径随气体可压缩性和气液密度比的增加而减小,随液体黏度和表面张力的增加而增加;其中,气体可压缩性在气流作同轴旋转运动时作用效果更强,液体黏度在气流作同轴引射运动时效果更为显著.研究结果对同轴气流式液体射流的分裂液滴粒径预测具有一定的理论意义和工程应用价值.

关键词：液体射流同轴气流液滴粒径临界模数

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轨道几何不平顺对高速列车车轴动应力的影响

中南大学学报（自然科学版） 2022年第5期53卷 1719-1729页

作者：高闯孙守光任尊松任君临北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

在考虑轮对的弹性建模基础上,分别建立拖车和动车车辆系统动力学模型,根据实测武广线随机不平顺激励波形,研究轨道随机不平顺和扭曲不平顺对拖车和动车车轴动应力的影响。研究结果表明:轨道随机不平顺对拖车、动车车轴动应力的影响均较... 详细信息

在考虑轮对的弹性建模基础上,分别建立拖车和动车车辆系统动力学模型,根据实测武广线随机不平顺激励波形,研究轨道随机不平顺和扭曲不平顺对拖车和动车车轴动应力的影响。研究结果表明:轨道随机不平顺对拖车、动车车轴动应力的影响均较小,且垂向不平顺对车轴动应力的影响略大于横向不平顺对车轴动应力的影响。扭曲不平顺通过速度及幅值的改变对车轴动应力及其沿轴向分布有明显影响,轮对内侧截面的动应力及其变化幅度均比轮对外侧截面的大得多,且轮对一位端截面动应力均大于二位端对应截面动应力。此外,扭曲不平顺幅值的增加,会造成轮轨垂向力和横向力显著增大,根据轮轨垂向力安全限值,400 km/h行车速度下,应严格控制扭曲不平顺幅值在5 mm以下。

关键词：轨道几何不平顺高速列车车轴动应力轮轨力安全限值

用于儿童头部损伤生物力学研究的碰撞理论模型建立及验证

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中国公路学报 2022年第10期35卷 290-298页

作者：李志刚宿仲情王家伟纪程北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

机动车事故和跌落等碰撞工况是造成儿童头部受伤的重要原因,研究碰撞过程中儿童头部的动力学响应对于头部损伤的预测具有重要意义。头部动力学模型能够快速预测不同碰撞场景下头部动态响应结果并进而预测头部损伤风险。首先,建立考虑颅... 详细信息

机动车事故和跌落等碰撞工况是造成儿童头部受伤的重要原因,研究碰撞过程中儿童头部的动力学响应对于头部损伤的预测具有重要意义。头部动力学模型能够快速预测不同碰撞场景下头部动态响应结果并进而预测头部损伤风险。首先,建立考虑颅骨及皮肤厚度和形态曲率的儿童头部碰撞理论模型用于预测儿童头部在碰撞工况下的响应。然后,通过儿童头部CT扫描提取颅骨及皮肤几何结构,对颅骨和皮肤三维重建后进行分割和定量离散,分别得到能描述颅骨内侧、颅骨外侧及皮肤形态的离散点集群,通过计算得到碰撞点周围的平均曲率与厚度,基于建立的头部碰撞理论模型可计算不同碰撞位置(不同厚度和曲率)的碰撞力。最后,通过碰撞试验对建立的碰撞理论模型进行验证,使用不同年龄的小型猪头部作为儿童头部的代替品进行碰撞试验,将试验结果与上述建立的理论模型对小型猪头部碰撞响应的预测结果(基于小型猪头部的真实的形态曲率、皮肤和颅骨厚度数据)进行对比。研究结果表明:建立的理论模型可以较为准确地预测碰撞脉宽和最大碰撞力;提出的儿童头部碰撞动力学理论模型能够快速预测头部不同碰撞位置的动力学响应,可以为儿童头部损伤的进一步研究提供参考和理论支撑。

关键词：汽车工程碰撞理论模型赫兹接触皮肤/颅骨厚度头部曲率动态响应

搅拌摩擦焊多平面搅拌头对材料流动行为的影响

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机械工程学报 2022年第6期58卷 81-90页

作者：杨智勇李武鹏李志强刘小龙李卫京北京交通大学机械与电子控制工程学院北京100044

与传统熔化焊相比,搅拌摩擦焊(Frictionstirwelding,FSW)因温度梯度较小,可以减少焊接裂纹和残余变形,是一种极具前途的铝合金固相焊接方法。相同焊接工艺参数下,搅拌头是影响焊接热输入和材料流动的主要因素之一,决定焊缝的组织与性能... 详细信息

与传统熔化焊相比,搅拌摩擦焊(Frictionstirwelding,FSW)因温度梯度较小,可以减少焊接裂纹和残余变形,是一种极具前途的铝合金固相焊接方法。相同焊接工艺参数下,搅拌头是影响焊接热输入和材料流动的主要因素之一,决定焊缝的组织与性能。基于固体力学有限元法和A7N01铝合金材料本构方程,建立基于Deform软件搅拌摩擦焊刚黏塑性仿真模型,并通过焊接试验的测温曲线和试验缺陷完成了模型验证,对比分析了圆台、三平面、四平面搅拌头平面对搅拌摩擦焊稳态焊接阶段的温度场、峰值温度曲线和材料流动行为的影响。结果表明,多平面搅拌头的焊接热输入高于圆台搅拌头,在材料塑性流动范围、流动均匀性和有效焊缝等指标方面优于圆台搅拌头。搅拌头的平面特征在材料流动过程中能够起到明显的挤压作用,从而细化焊缝区的晶粒,提高焊接接头的力学性能。基于仿真和试验结果分析,揭示了焊接犁沟缺陷的成因,并提出了预防措施。

关键词：搅拌摩擦焊多平面搅拌头材料塑性流动焊接热输入