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底部导流板结构对高速列车气动减阻特性影响研究

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北京交通大学学报 2025年

作者：武振锋周洋安乐刘万露兰州交通大学机电工程学院

为降低高速列车运行时的气动阻力，进而实现节能降耗的目的，本文提出了3种不同结构的列车底部导流板设计方案。采用基于SST ■模型的IDDES方法，对安装不同结构导流板的高速列车气动减阻效果进行了对比研究，并分析了导流板对列车底部... 详细信息

为降低高速列车运行时的气动阻力，进而实现节能降耗的目的，本文提出了3种不同结构的列车底部导流板设计方案。采用基于SST ■模型的IDDES方法，对安装不同结构导流板的高速列车气动减阻效果进行了对比研究，并分析了导流板对列车底部转向架区域流场和尾涡的影响。研究结果表明：安装导流板后，虽然列车车体总阻力增大，但转向架自身气动阻力已大幅降低。因导流板的引流作用，列车底部空气流速变缓，转向架突出部件受气流冲击程度减弱。转向架区域的正压面积大幅减小，前后压力差变小是转向架自身气动阻力降低的主要原因。当列车以350 km/h速度运行时，与原型车相比，模型Ⅰ、模型Ⅱ和模型Ⅲ的整车减阻率分别为8.1%，9.8%和12.1%。此外，受导流板的影响，3种列车模型尾部三维涡旋结构均出现明显变化，尾车鼻尖附近的湍动能强度也呈现出依次降低的趋势，说明尾涡对列车的拖拽效果减弱，进而降低了高速列车的气动阻力。论文研究内容可为高速列车局部气动外形优化提供参考依据。

关键词：高速列车底部导流板气动阻力流场结构数值模拟

路基横向不均匀沉降变形对车-轨动力响应的影响规律研究

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振动工程学报 2025年

作者：李国芳李宏洲马理超吴少培李得洋高全福张向钰兰州交通大学机电工程学院

为探究路基横向不均匀沉降下无砟轨道结构变形对车辆?轨道动力响应的影响规律，以CRTSⅠ型无砟轨道为研究对象，基于有限元?多体系统动力学（FE-MBD）建模方法，建立考虑轨道结构层间脱空效应的车辆?轨道?路基耦合模型，研究路基横向不... 详细信息

为探究路基横向不均匀沉降下无砟轨道结构变形对车辆?轨道动力响应的影响规律，以CRTSⅠ型无砟轨道为研究对象，基于有限元?多体系统动力学（FE-MBD）建模方法，建立考虑轨道结构层间脱空效应的车辆?轨道?路基耦合模型，研究路基横向不均匀沉降对车辆动力学特性和轨道服役性能的影响规律。结果表明：路基不均匀差异沉降造成的钢轨高低、横向不平顺幅值较小，难以被及时检测并维护；路基发生横向不均匀沉降时，钢轨高低、横向不平顺及轨道结构?路基局部脱空现象会随横向不均匀系数的增大而增大，从而对车辆动力学特性产生不利影响；轮轨动力学指标对轨道结构层间脱空效应敏感，随脱空区域和脱空量的增大呈增大趋势，尤其在出现大于1.5 mm的“真离缝”时，轮轨动力学性能会显著恶化；路基横向不均匀沉降会诱导轮轨病害，低轨沉降起始、结束区段是轮轨病害高发区域，应予以重视。

关键词：高速铁路无砟轨道不均匀沉降轮轨冲击动力响应

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摆杆式锻造操作机悬挂机构的力学特性研究

机械工程学报 2025年第1期 232-242页

作者：张苗苗刘艳妍杨晋杨晓波张起樑兰州交通大学机电工程学院

锻造操作机具有大惯量，强冲击的特点，因此对操作机各构件的受力特点的研究是十分有必要的。为研究缓冲缸与平升缸之间的受力关系问题，对悬挂机构进行了运动分析以求解各构件的位置，建立了钳杆位移和两缸位移的映射关系；采用传统受... 详细信息

锻造操作机具有大惯量，强冲击的特点，因此对操作机各构件的受力特点的研究是十分有必要的。为研究缓冲缸与平升缸之间的受力关系问题，对悬挂机构进行了运动分析以求解各构件的位置，建立了钳杆位移和两缸位移的映射关系；采用传统受力方法对悬挂机构各杆件进行分析，建立了缓冲缸与平升缸的力学模型；利用MATLAB分析了各参数对两缸受力变化的作用规律；在上述研究的基础上，选择粒子群算法对关键参数进行了优化得到满足条件的非劣解集，并采用逼近理想解排序法从非劣解集中寻求最优解。优化结果表明合理选择参数可以有效减小平升缸受力，改变缓冲缸对平升缸的受力影响，该结论为进一步优化缓冲缸的缓冲性能提供一种可行思路，对提高操作机力承载性能、降低能耗具有重要意义。

关键词：锻造操作机平升缸缓冲缸受力特性参数优化

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绳牵引上肢康复机器人动力学及动态稳定性分析

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北京航空航天大学学报 2025年

作者：崔祯赵志刚苏程孟佳东赵祥堂柴伟兰州交通大学机电工程学院

针对绳牵引上肢康复机器人在人体交互时的动态稳定性问题，设计了一种绳牵引上肢康复机器人，在综合考虑绳索的形变、摩擦和出绳点因素的基础上，建立了绳牵引上肢康复机器人的耦合动力学模型。利用机器人雅克比矩阵的条件数定义了康复... 详细信息

针对绳牵引上肢康复机器人在人体交互时的动态稳定性问题，设计了一种绳牵引上肢康复机器人，在综合考虑绳索的形变、摩擦和出绳点因素的基础上，建立了绳牵引上肢康复机器人的耦合动力学模型。利用机器人雅克比矩阵的条件数定义了康复机器人的运动性能指标；同时对不同康复状态下柔索配置进行分析，结合广义逆矩阵理论计算了绳索张力的最优解，利用绳索张力均衡性定义了系统的动态稳定性指标。最后，在机器人关节域中仿真了机器人的绳索长度，对系统特性进行了分析；以肩部、肘部前屈/后伸康复运动组合为例，对机器人系统进行运动性能和动态稳定性仿真，确定了系统稳定性指标较好区域所对应的关节运动范围，即肩部-前屈-30° ～ -40°、肩部-后伸30° ～ 40°和肘部-前屈30° ～ 60°，为康复机器人的安全性评估和康复轨迹规划提供了理论依据。

关键词：绳牵引机器人康复训练动力学运动性能稳定性分析

多源激励下惯容复合型非线性隔振系统的隔振性能研究

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噪声与振动控制 2025年 6-13页

作者：吴少培刘涛柳康李国芳李得洋丁旺才兰州交通大学机电工程学院

不同的隔振单元通过能量转移或能量耗散呈现减振隔振的作用，本文建立含惯容器和负刚度的复合式非线性隔振系统。采用一次谐波平衡法求解系统近似解析解，通过系统力传递率特性，揭示系统参数与系统隔振性能的关联关系。对比分析传统线... 详细信息

不同的隔振单元通过能量转移或能量耗散呈现减振隔振的作用，本文建立含惯容器和负刚度的复合式非线性隔振系统。采用一次谐波平衡法求解系统近似解析解，通过系统力传递率特性，揭示系统参数与系统隔振性能的关联关系。对比分析传统线性隔振和复合式隔振1/4轨道车辆的隔振性能。研究表明：常数分量幅值及谐波分量幅值的叠加与合成幅频特性具有一致性，多源激励下解析解的准确性得到验证。在主共振区系统受鞍结分岔的诱导具有3组稳定解和2组不稳定解。较大惯质比、阻尼比与较小简谐激励幅值均能降低主共振区峰值，使主共振区向低频区域转迁。减小惯质比、常数激励幅值与增加阻尼比可扩大系统低频区隔振范围。复合式隔振对轨道车辆垂向隔振性能有一定提升。

关键词：振动与波惯容器复合式隔振非线性动力学多源激励轨道车辆

联合优化CGLS正则化在载荷识别与响应重构中的应用

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计算力学学报 2025年

作者：卢志鹏彭珍瑞兰州交通大学机电工程学院

针对结构载荷识别中存在的离散不适定性问题，提出一种用右端项和特定子空间的基向量相结合的联合优化共轭梯度最小二乘(Conjugate Gradient Least Squares， CGLS)正则化方法。该方法在载荷识别过程中无须对传递矩阵求逆，并用正则化... 详细信息

针对结构载荷识别中存在的离散不适定性问题，提出一种用右端项和特定子空间的基向量相结合的联合优化共轭梯度最小二乘(Conjugate Gradient Least Squares， CGLS)正则化方法。该方法在载荷识别过程中无须对传递矩阵求逆，并用正则化进行预处理有效降低了传递矩阵的病态性。首先，基于状态空间模型构建出结构的传递矩阵，建立结构载荷识别与响应重构方程；其次，对载荷识别方程用Tikhonov正则化进行预处理，并采用联合优化CGLS方法改善载荷识别过程中的不适定性，降低传递函数矩阵的病态性，得到方程的正则化解，并进行结构响应重构；最后，对受电弓弓头结构和简支梁模型进行数值分析，并采用简支梁模型试验验证。结果表明，所提方法能够较准确识别结构载荷，并有效重构结构动态响应。

关键词：联合优化CGLS正则化不适定性载荷识别响应重构

结合区间分析和去噪正则化的载荷识别与结构响应重构

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机械科学与技术 2025年第02期 236-247页

作者：石咏荷殷红彭珍瑞史鹏程王增辉兰州交通大学机电工程学院西安交通大学机械工程学院

针对结构响应重构中载荷难以获得以及测量响应存在不确定性的问题，提出了一种结合区间分析和去噪正则化的载荷识别与结构响应重构方法。基于状态空间模型推导结构动态响应及外载荷的重构方程；引入小波变换阈值法对测量响应进行去噪处... 详细信息

针对结构响应重构中载荷难以获得以及测量响应存在不确定性的问题，提出了一种结合区间分析和去噪正则化的载荷识别与结构响应重构方法。基于状态空间模型推导结构动态响应及外载荷的重构方程；引入小波变换阈值法对测量响应进行去噪处理，并采用灰色数学方法对去噪后的测量响应进行区间估计，求得响应的区间中值与半径以描述测量响应的不确定性；借助Tikhonov正则化处理载荷识别中的不适定问题，从而反演外载荷的估计区间，后用于实现结构的区间响应重构。验证结果表明，该方法能够充分考虑测量数据的不确定性，有效估计载荷及结构响应的不确定性区间。

关键词：响应重构载荷识别去噪正则化测量不确定性区间分析

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地震与风作用下钢框架-自复位支撑筒结构损伤分析

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振动工程学报 2025年第1期38卷 126-134页

作者：徐龙河刘媛媛谢行思北京交通大学土木建筑工程学院北京100044

为揭示地震‐风同时作用和先后作用下自复位支撑结构的损伤分布规律,对一50层钢框架‐自复位支撑筒在不同强度地震动与50年重现期风荷载下的梁/柱构件和结构整体损伤进行分析。结果表明,地震单独作用和地震‐风同时作用下,支撑筒梁均比... 详细信息

为揭示地震‐风同时作用和先后作用下自复位支撑结构的损伤分布规律,对一50层钢框架‐自复位支撑筒在不同强度地震动与50年重现期风荷载下的梁/柱构件和结构整体损伤进行分析。结果表明,地震单独作用和地震‐风同时作用下,支撑筒梁均比外框架梁先受损,支撑筒柱较外框架柱损伤发展更快;地震‐风同时作用增大了柱的损伤程度,使31层柱的最大损伤值增大了78.6%;随着地震动强度的增大,风荷载作用对结构整体损伤的加重程度逐渐增大。在不同强度的地震动与50年重现期风荷载先后作用下,风荷载增大了震损结构的最大残余变形角均值;当峰值地面加速度为10 m/s^(2)时,风荷载使震损结构的最大残余变形角均值由0.325%增至0.330%,但风荷载对震损结构损伤最大构件的损伤状态影响不大。

关键词：损伤识别地震‐风耦合作用自复位支撑高层钢结构残余变形

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双拱型高速列车司机室外形参数对阻力特性的影响研究

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铁道标准设计 2025年第1期69卷 214-219,227页

作者：安乐武振锋朱陇辉兰州交通大学机电工程学院兰州730070

高速列车气动性能与头部形状关联紧密。为降低高速列车运行过程中的气动阻力,通过改变双拱型高速列车司机室前窗高度和前窗曲面形状,设计5种不同头部形状的双拱型列车头型,建立高速列车数值计算模型,采用基于三维、定常、不可压缩N-S方... 详细信息

高速列车气动性能与头部形状关联紧密。为降低高速列车运行过程中的气动阻力,通过改变双拱型高速列车司机室前窗高度和前窗曲面形状,设计5种不同头部形状的双拱型列车头型,建立高速列车数值计算模型,采用基于三维、定常、不可压缩N-S方程和RNS方法对5种计算模型在明线匀速运行时的流场进行数值模拟,对比研究双拱型列车头部司机室高度和前窗曲面形状对列车明线稳定运行时阻力特性的影响。研究结果表明:运行条件相同时,列车周围流场压力的差异主要存在于司机室前窗过渡区域以及司机室上方,司机室外形参数对双拱型高速列车的气动阻力构成明显影响;随着头部司机室前窗设计高度增加,头车高压分布范围缩小,列车气动阻力系数呈递减趋势,最大相差14.5%;列车司机室前窗设计倾斜程度减小,司机室前窗处最大压力降低,列车气动阻力系数下降13.4%;当选用平面替代曲面作为列车司机室前窗过渡的承接面时,虽可减缓司机室前窗处的正压大小,但导致司机室上方负压加剧,列车气动阻力系数仅下降3.0%;双拱型高速列车司机室应在合理范围内提升高度并减小前窗曲面倾斜程度,可以达到良好的减阻效果。

关键词：高速列车双拱头型司机室外形数值模拟气动阻力

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