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车-轨-桥耦合系统随机动力学高效分析的直接概率积分法

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计算力学学报 2025年

作者：包英杰闫凯秀刘祥陈国海杨迪雄大连理工大学工程力学系工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室福建理工大学土木工程学院

在桥梁上行驶的列车与轨道共同构成车-轨-桥耦合系统，会受到轨道不平顺和极端地震荷载等随机源的影响，引发列车脱轨风险。本文考虑轨道不平顺和地震动的随机不确定性，提出了车-轨-桥耦合系统随机动力学高效分析的直接概率积分法，实... 详细信息

在桥梁上行驶的列车与轨道共同构成车-轨-桥耦合系统，会受到轨道不平顺和极端地震荷载等随机源的影响，引发列车脱轨风险。本文考虑轨道不平顺和地震动的随机不确定性，提出了车-轨-桥耦合系统随机动力学高效分析的直接概率积分法，实现耦合系统随机动力响应和行车安全概率安全评定。首先，建立三维车-轨-桥耦合系统随机动力学模型，开展轨道不平顺和近断层随机地震动不确定性量化与表征。其次，基于概率守恒原理的积分表述，导出了刻画随机不确定性在耦合系统中传播的概率密度积分方程。通过联立耦合系统动力学方程和概率密度积分方程，发展了三维车-轨-桥耦合系统随机动力学高效分析的直接概率积分法。将脱轨系数作为行车安全评价准则，建立列车过桥安全极限状态函数，实现了列车过桥可靠性评定。最后，通过数值算例论证了提出方法的精度和效率，揭示了列车脱轨概率与地震动强度之前的非线性关系，并探究了近断层地震动速度脉冲对列车脱轨概率的影响规律。

关键词：车-轨-桥耦合系统多源随机性随机过程动力可靠度脱轨概率直接概率积分法

基于中空十四面体杆板混杂点阵结构的声学性能与力学性能研究

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中国科学:技术科学 2025年

作者：李凌博杨帆李鹏飞韩东同济大学航空航天与力学学院同济大学民航航空器结构智能辅助适航重点实验室大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件国家重点实验室上海飞行器力学与控制研究院

点阵结构因其轻质高强、高设计自由度,在承载、缓冲吸能和减振降噪方面具有广阔的应用前景.然而,传统类型的点阵结构很难同时具备较好的吸声性能和较强的承载性能.本文提出了一种新型三维轻质多功能结构——中空十四面体杆板(HTTP)混杂... 详细信息

点阵结构因其轻质高强、高设计自由度,在承载、缓冲吸能和减振降噪方面具有广阔的应用前景.然而,传统类型的点阵结构很难同时具备较好的吸声性能和较强的承载性能.本文提出了一种新型三维轻质多功能结构——中空十四面体杆板(HTTP)混杂点阵结构,利用增材制造技术制备了实验试样.基于传递矩阵法建立了多级联类亥姆霍兹共振腔的理论模型,并进行了有限元数值模拟和阻抗管实验,实验、理论和数值结果具有良好的一致性.结果表明,板厚0.5 mm的HTTP在第二吸声峰处实现阻抗匹配,同时具有较高的平均吸声系数和宽带半吸收.通过数值均匀化方法和准静态压缩实验研究了HTTP的力学性能,结果表明, HTTP在板厚0.3 mm处实现了弹性各向同性.在压缩过程中杆件与板件相互作用形成了更加稳定的渐进弯曲变形模式,使其在塑性阶段表现出较高且稳定的平台应力.本文提出的HTTP多功能混合点阵结构可同时实现高吸声和强力学性能,为多功能轻质结构的设计提供了一种新的范式.

关键词：混杂点阵结构吸声性能力学性能多功能增材制造

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概率守恒原理的历史起源与发展现状

力学与实践 2025年

作者：杨迪雄陈国海李辉大连理工大学工程力学系工业装备结构分析优化与CAE软件全国重点实验室

随机事件都遵循概率守恒原理，它是与能量守恒原理和质量守恒原理一样基本的、自然界遵守的普遍规律。随机力学涵盖随机结构分析、随机振动、可靠性评价、可靠性优化设计和随机最优控制等内容，而概率守恒原理在其中起着根本性、决定性... 详细信息

随机事件都遵循概率守恒原理，它是与能量守恒原理和质量守恒原理一样基本的、自然界遵守的普遍规律。随机力学涵盖随机结构分析、随机振动、可靠性评价、可靠性优化设计和随机最优控制等内容，而概率守恒原理在其中起着根本性、决定性的作用。随机静、动力系统的一对概率密度积分方程是刻画随机性传播与演化的统一基本方程。本文论述概率守恒原理的历史起源和发展现状，追溯其在统计物理中的起源，和在概率论、随机力学中的发展状况。然后，从概率守恒原理推导建立时间-空间域的概率密度积分方程，并介绍随机积分理论和直接概率积分法的基本思想，及其在静动力系统随机响应与可靠度分析和可靠性优化设计方面的研究进展，旨在推动随机力学的科研和教学。

关键词：随机力学概率守恒原理直接概率积分法历史起源研究进展

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海上救援无人方舱水动力性能分析

大连理工大学学报 2025年第1期65卷 56-66页

作者：李铁骊黄珍秋周燹大连理工大学船舶工程学院辽宁大连116024

空投方舱的方形系数过大,使得方舱在航行时艏摇、横摇、纵摇严重,水动力性能较差,需针对方舱的入水航行问题进行水动力性能分析,并为其设计优选附体,改善方舱的稳定性.根据确定的方舱主尺度、船型参数以及重心位置可行域,利用CFD方法研... 详细信息

空投方舱的方形系数过大,使得方舱在航行时艏摇、横摇、纵摇严重,水动力性能较差,需针对方舱的入水航行问题进行水动力性能分析,并为其设计优选附体,改善方舱的稳定性.根据确定的方舱主尺度、船型参数以及重心位置可行域,利用CFD方法研究方舱的水动力性能,包括快速性、耐波性、航向稳定性等,为方舱设计并优化附体.其中快速性方面,计算固定吃水、纵倾时的阻力以及空载、设计载况下放开纵摇和垂荡的静水阻力;耐波性主要计算空载、设计载况下的波浪增阻和自由横摇衰减时间,增加舭龙骨以改善横摇稳定性;航向稳定性主要计算方舱艏摇衰减时间,并加装艏艉鳍改善其航向稳定性;最后对加装优选附体的方舱进行分析对比,并完成实船阻力、功率预估.通过加装附体的方式对方舱进行优化,水动力性能分析证明了其动力和推进系统可行性,初步确定加装优选附体的方舱模型,为后续总体设计及其设备选取提供技术参考.

关键词：无人艇救援方舱水动力性能快速性耐波性航向稳定性附体优化设计

基于逆有限元法和网格映射的板材成型坯料优化

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上海交通大学学报 2019年第11期53卷 1389-1394页

作者：张向奎王洋王长生胡平大连理工大学运载工程与力学学部工业装备结构分析国家重点实验室

在金属板材成型中.坯料经拉延成型后得到无缺陷与无多余材料的零件.意味着坯料设计必须合理.由于坯料的非均匀流动和各向异性特性产生的凸耳与不均匀法兰,成型零件与目标零件存在形状差异.为获得合理的坯料,提出节点网格映射方法.结合... 详细信息

在金属板材成型中.坯料经拉延成型后得到无缺陷与无多余材料的零件.意味着坯料设计必须合理.由于坯料的非均匀流动和各向异性特性产生的凸耳与不均匀法兰,成型零件与目标零件存在形状差异.为获得合理的坯料,提出节点网格映射方法.结合逆有限元分析和增量分析,根据映射关系和材料点流动趋势优化坯料形状.为了验证提出的方法.分别对方盒件成型和某电动车B柱成型进行坯料设计.结果表明,对于较为复杂的工业零件,所提出的方法经过有限次优化后可得到合理坯料形状,所需的目标零件形状与采用合理坯料成型后的形状一致.

关键词：逆有限元法坯料设计节点网格映射方法板料成型

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新型负泊松比多孔吸能盒平台区力学性能

复合材料学报 2015年第2期32卷 534-541页

作者：张伟侯文彬胡平大连理工大学运载工程与力学学部工业装备结构分析国家重点实验室大连116024

提出了一种具有负泊松比效应的汽车前纵梁吸能盒(NPRC)结构,通过对元胞平台区的失效模式和平台应力的分析,研究了此结构在失效时的力学性能,即等效弹性模量和平台应力在面内加载过程中均能得到一定程度的增强,表现出较好的能量吸收能力... 详细信息

提出了一种具有负泊松比效应的汽车前纵梁吸能盒(NPRC)结构,通过对元胞平台区的失效模式和平台应力的分析,研究了此结构在失效时的力学性能,即等效弹性模量和平台应力在面内加载过程中均能得到一定程度的增强,表现出较好的能量吸收能力。根据NPRC元胞在平台区的力学模型,分别建立了发生弹性屈曲和塑性塌陷时的临界应力公式,得出塑性塌陷是该结构的主要失效模式。通过Matlab程序建立了NPRC元胞的参数化有限元模型,研究了元胞几何参数与平台应力的关系,即元胞的平台应力与长度系数和元胞夹角呈反比,与厚度系数呈正比。通过NPRC结构3×3样件的面内轴向准静态压缩实验验证了有限元分析结果,实验结果表明:NPRC样件等效负泊松比为-11.97,产生密实化现象,平台应力的峰值随着应变的增加逐渐增大,这对提高能量吸收性能具有重要的研究意义。

关键词：负泊松比吸能盒多孔结构平台应力塑性塌陷

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双壁碳纳米管电浸润现象的分子动力学模拟

物理学报 2008年第11期57卷 7069-7077页

作者：王磊张忠强张洪武大连理工大学运载工程与力学学部工程力学系工业装备结构分析国家重点实验室大连116024

在单壁碳纳米管电浸润现象原子模拟的基础上,对双壁碳纳米管的电浸润现象进行了计算机模拟.运用经典分子动力学方法结合一个宏观的电毛细管模型模拟了双壁碳纳米管在水银中的电浸润过程,对不同内管尺寸情况下的浸润现象作了研究和比较.... 详细信息

在单壁碳纳米管电浸润现象原子模拟的基础上,对双壁碳纳米管的电浸润现象进行了计算机模拟.运用经典分子动力学方法结合一个宏观的电毛细管模型模拟了双壁碳纳米管在水银中的电浸润过程,对不同内管尺寸情况下的浸润现象作了研究和比较.计算结果表明双壁碳管和单壁碳管的电浸润过程存在很大的不同,双壁碳管的内管在电浸润过程中起到重要的作用:当改变双壁碳管中内管的尺寸时,浸润现象会产生很大的改变.

关键词：双壁碳纳米管电浸润分子动力学

车桥系统非平稳随机振动的PEM-PIM算法

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计算力学学报 2009年第1期26卷 26-32页

作者：张志超张亚辉赵岩林家浩大连理工大学运载工程与力学学部工业装备结构分析国家重点实验室大连116023

研究了车桥耦合系统受到路面不平激励而发生的非平稳随机振动。采用虚拟激励方法(PEM)将路面的竖向随机不平度精确地转化为一系列竖向简谐不平度的叠加,从而简化了运动方程的求解,在此基础上用精细积分法(PIM)的三种格式进行数值计算。... 详细信息

研究了车桥耦合系统受到路面不平激励而发生的非平稳随机振动。采用虚拟激励方法(PEM)将路面的竖向随机不平度精确地转化为一系列竖向简谐不平度的叠加,从而简化了运动方程的求解,在此基础上用精细积分法(PIM)的三种格式进行数值计算。这种基于虚拟激励法的精细积分(PEM-PIM)算法比通常的数值积分方法更真实地模拟了车辆作用力在时间域和空间域上的连续变化,也更精确地实施了数值积分。与广泛采用的Newmark方法比较,三种PEM-PIM格式处理这类问题时在分析精度和计算效率上都有显著的改善,而又各有特色。

关键词：车桥耦合系统精细积分虚拟激励法路面不平顺

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不确定车轨耦合系统辛随机振动分析

力学学报 2012年第4期44卷 769-778页

作者：赵岩项盼张有为林家浩大连理工大学运载工程与力学学部工业装备与结构分析国家重点实验室大连116023

建立了轨道不平顺作用下具有不确定参数车轨耦合系统随机振动评估方法.车辆系统采用物理坐标下多刚体系统模型,并应用高斯随机变量模拟车体、转向架和轮对一系、二系连接系统中动力学参数具有的不确定性.采用无穷周期结构进行弹性轨道模... 详细信息

建立了轨道不平顺作用下具有不确定参数车轨耦合系统随机振动评估方法.车辆系统采用物理坐标下多刚体系统模型,并应用高斯随机变量模拟车体、转向架和轮对一系、二系连接系统中动力学参数具有的不确定性.采用无穷周期结构进行弹性轨道模拟,在哈密顿状态空间下建立了典型轨道子结构的状态运动方程,通过轮轨耦合关系建立了混合物理坐标及辛模态坐标车轨耦合系统运动方程.应用Hermite正交多项式展开得到了耦合系统动力响应相对于不确定性参数的控制方程.由于利用轨道周期特性建模,所获得的控制方程有效地降低了方程维度.轮轨接触处轨道不平顺载荷模拟为完全相干多分量平稳随机过程,推广和发展虚拟激励法建立了耦合系统随机振动受不确定动力学参数影响的量化评估方法.通过Monte Carlo数值模拟,验证了该方法在不确定参数变异很大时也能够保持较好的精度,具有一定的工程实用性.

关键词：辛方法虚拟激励法不确定车轨耦合系统 Hermite正交多项式