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壁面热辐射对车内温度场影响的分析

北京理工大学学报 2024年第1期44卷 60-68页

作者：李琳睿孙晓霞王一凡康慧芳沈俊北京理工大学机械与车辆学院北京100081 中国北方车辆研究所北京100072

高原地区空气稀薄,空气导热和对流换热降低,而辐射换热增强.文中通过数值模拟的方法研究了中国高原地区夏季条件下汽车壁面热辐射对整车温度场的影响.应用整体求解法从瞬态和稳态两种角度讨论了车内热辐射对温度场的影响并与平原情况作... 详细信息

高原地区空气稀薄,空气导热和对流换热降低,而辐射换热增强.文中通过数值模拟的方法研究了中国高原地区夏季条件下汽车壁面热辐射对整车温度场的影响.应用整体求解法从瞬态和稳态两种角度讨论了车内热辐射对温度场的影响并与平原情况作对比.结果表明在高原地区,考虑壁面辐射的车内空气整体平均温度比不考虑壁面辐射的低8.93 K,稳态时车身的总传热量中的辐射传热占比为41.16%,前玻璃的辐射传热的占比为23.59%,后玻璃的占比为35.94%,发动机罩的为29.91%,椅子为61.96%.因此,在高原地区,固体壁面的辐射换热是一种重要换热形式,不可被忽略.

关键词：高原地区壁面间热辐射数值模拟温度场

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喷油润滑球轴承流动特性的数值研究

北京理工大学学报 2024年第5期44卷 494-500页

作者：李慎龙侯潇男张金乐吴维中国北方车辆研究所北京100072 北京理工大学机械与车辆学院北京100081

基于流体体积(VOF)方法建立了喷油润滑球轴承的数值仿真模型.分别采用滑移网格法和多重参考系(MRF)方法对轴承油气两相流动进行了数值计算,得到了轴承内部流场分布和搅油力矩.搭建了轴承流场可视化试验台,对比分析了仿真流场与高速摄影... 详细信息

基于流体体积(VOF)方法建立了喷油润滑球轴承的数值仿真模型.分别采用滑移网格法和多重参考系(MRF)方法对轴承油气两相流动进行了数值计算,得到了轴承内部流场分布和搅油力矩.搭建了轴承流场可视化试验台,对比分析了仿真流场与高速摄影实测流场.结果表明:滑移网格下的轴承内部油液体积分数大于用MRF方法的计算结果,且当转速逐渐增大时,轴承内部油液体积分数均逐渐减小,且在离心力作用下,润滑油更多地分布在轴承外圈滚道.滑移网格下的轴承内部流场油液分布更接近实测流场.仿真计算的搅油力矩随转速增大而增大,MRF方法下搅油力矩大于滑移网格下的搅油力矩,平均误差约为12.3%.两种方法对搅油力矩的计算均具有较好的一致性,但MRF时间成本更低.

关键词：流体体积轴承两相流滑移网格多重参考系搅油力矩

基于转向模式切换的三轴独立转向车辆路径跟踪控制研究

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机械工程学报 2024年第2期60卷 243-251页

作者：张昊魏超胡纪滨陈泳丹北京理工大学机械与车辆学院北京100081 中国北方车辆研究所北京100072

三轴独立转向车辆广泛应用于特种领域,并逐渐向无人化、智能化发展,路径跟踪控制方法是其中的重要研究内容。三轴独立转向车辆相较于传统车辆具有更加复杂的转向行为,因此在路径跟踪控制过程中需要充分的考虑其转向特性带来的影响。针... 详细信息

三轴独立转向车辆广泛应用于特种领域,并逐渐向无人化、智能化发展,路径跟踪控制方法是其中的重要研究内容。三轴独立转向车辆相较于传统车辆具有更加复杂的转向行为,因此在路径跟踪控制过程中需要充分的考虑其转向特性带来的影响。针对三轴独立转向无人车辆在路径跟踪过程中的转向控制问题,基于理论力学和轮胎魔术公式建立多自由度模型,对比不同转向模式下横向位移和横摆角变化差异。然后,以实车响应数据作为参考,采用非支配排序遗传算法II(Non-dominated sorting genetic algorithm II,NSGA-II)优化多自由度模型参数,并通过模型仿真获取数据集。通过BP神经网络(Back-propagation network)制定转向模式切换策略,最终将模式切换策略引入模型预测控制器,仿真试验和实车试验结果表明,三轴独立转向车辆在路径跟踪过程中通过转向模式切换可以有效提高跟踪精度。

关键词：三轴车辆独立转向模式切换神经网络路径跟踪

基于三维层析技术的光学柴油发动机机内火焰重构

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工程热物理学报 2024年第5期45卷 1525-1533页

作者：高宇陈海岩伍岳北京理工大学机械与车辆学院北京100081

本文搭建了基于一台光学柴油发动机的三维层析测量系统,利用高速相机和光纤束可以同时从8个不同方向获得燃烧室内的火焰投影,同时提出了一种特殊的标定装置,能够从多个不同方向标定光纤束与燃烧室之间的相对位置关系。本文分析了光学发... 详细信息

本文搭建了基于一台光学柴油发动机的三维层析测量系统,利用高速相机和光纤束可以同时从8个不同方向获得燃烧室内的火焰投影,同时提出了一种特殊的标定装置,能够从多个不同方向标定光纤束与燃烧室之间的相对位置关系。本文分析了光学发动机中由缸套扭曲引起的重构误差大小,并应用三维层析技术对光学发动机内的火焰发展过程进行了重构,获得了不同发动机转速下的火焰三维结构。通过对火焰二维投影和三维结构的分析发现,随着发动机转速增加,燃烧效率变高,最大火焰面积/体积和火焰强度出现的时刻提前,但是利用二维火焰投影得到的最大火焰面积与利用三维火焰结构得到的最大火焰体积出现的时刻不同,这是由于火焰在燃烧室内除了沿着燃烧室直径方向扩散,还会沿着活塞运动方向扩散。利用火焰三维重构结果,可以获得火焰在沿活塞运动方向上的分布,有助于分析燃烧过程,为提高发动机效率提供依据。

关键词：光学发动机三维层析火焰重构

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电驱动履带车辆转向稳定性控制研究

机械工程学报 2024年第8期60卷 233-244页

作者：侯旭朝马越项昌乐北京理工大学机械与车辆学院北京100081

履带车辆在高速转向时有侧滑和失控的风险。电驱动履带车辆能够达到高车速和较小的转向半径,主动轮转矩和转速控制灵活。基于转向动力学建模与特性分析,提出履带车辆转向稳定性控制方法。建立履带车辆转向动力学模型。模型考虑履带与地... 详细信息

履带车辆在高速转向时有侧滑和失控的风险。电驱动履带车辆能够达到高车速和较小的转向半径,主动轮转矩和转速控制灵活。基于转向动力学建模与特性分析,提出履带车辆转向稳定性控制方法。建立履带车辆转向动力学模型。模型考虑履带与地面间的摩擦与滑动,计算车辆转向动态过程中各履带板受到的作用力。通过数值计算得到车辆转向的相轨迹。分析系统的平衡点和稳定性,为转向控制器设计提供依据。对动力学模型进行简化,并依据简化模型设计履带车辆转向非线性自抗扰控制器(Active disturbance rejection control,ADRC),设计防侧滑控制策略。利用电驱动履带底盘在不同类型地面对提出的控制器进行验证。结果表明,与PID控制相比,提出的自抗扰转向控制方法将转向角速度跟踪的方均根误差降低7.43%,能够在较大转向角速度范围内稳定跟踪转向指令。提出的防侧滑控制方法显著提高了车辆高速转向的稳定性和平稳性。

关键词：履带车辆电驱动转向控制自抗扰控制稳定性

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水陆两栖车辆水上运动特性实时仿真系统研究

兵工学报 2024年第5期45卷 1402-1415页

作者：陈泰然耿昊王典邱思聪孙旭光北京理工大学机械与车辆学院北京100081 北京理工大学重庆创新中心重庆401120 中国北方车辆研究所北京100072

为解决水陆两栖车辆水动力性能参数获取难度大、运动姿态预测慢等问题,设计一种两栖车辆水上运动特性实时仿真系统,实现仿真模型的驱动、运动姿态预测以及数据的监测和输出,通过动态流体-物体相互作用数值计算方法对车体动力学系数进行... 详细信息

为解决水陆两栖车辆水动力性能参数获取难度大、运动姿态预测慢等问题,设计一种两栖车辆水上运动特性实时仿真系统,实现仿真模型的驱动、运动姿态预测以及数据的监测和输出,通过动态流体-物体相互作用数值计算方法对车体动力学系数进行修正,提升了实时仿真系统的精度。在此基础上研制试验样车,对不同工况下实时仿真系统的准确性进行验证。试验结果表明:所构建的两栖车辆水上运动特性实时仿真系统兼具计算精度和计算效率,可以快速准确地预测车辆的运动姿态,适用于多种复杂工况,具有姿态预测的泛用性。新系统在两栖车辆研制阶段、驾驶员培训、半实物仿真演练、复杂环境模拟等方面具有较强的应用价值和应用前景。

关键词：水陆两栖车辆水上运动特性实时仿真水动力系数

镁合金倾斜薄壁电弧熔丝增材制造工艺与力学性能研究

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材料工程 2024年第7期52卷 57-70页

作者：郑元翾韩启飞陈斌凌郭跃岭谭醴李星辰彭司弋刘长猛北京理工大学机械与车辆学院北京100081

电弧增材制造是一种以金属丝材为填充材料,以电弧作为热源的新型制造技术,易于制造大型复杂零件。通过往复单向路径实验,发现单向路径制造的斜壁有更好的形貌,飞溅少且表面光滑,并在有限元软件中建立了往复、单向制造路径仿真模型并求解... 详细信息

电弧增材制造是一种以金属丝材为填充材料,以电弧作为热源的新型制造技术,易于制造大型复杂零件。通过往复单向路径实验,发现单向路径制造的斜壁有更好的形貌,飞溅少且表面光滑,并在有限元软件中建立了往复、单向制造路径仿真模型并求解,仿真得到单向路径沉积温度267.4℃,沉积热应力357.4 MPa,往复路径沉积温度307.0℃,沉积热应力420.4 MPa,发现单向路径的热积累和热应力更低;以单向制造路径,采用电弧增材制造技术制备AM11,AM12,AM21三种不同斜率的斜壁样件,研究其组织和力学性能。结果表明:AM11,AM12,AM21的晶粒尺寸分别为35,39,42μm;AM21薄壁晶粒中析出相β-Mg17Al12比另外两种样品多且分布均匀、拉伸断口的韧窝更大且更多;AM21与AM11显微硬度在81.5HV左右,均高于AM12的73.1HV;且AM21的斜壁样件的水平、竖直方向抗拉强度为255.7,224.4 MPa,屈服强度为103.8,96.0 MPa,伸长率达到13.1%,8.2%,抗拉强度与伸长率均大于AM11和AM12,但屈服强度接近。AM21斜率薄壁具有更好的强度和塑性,验证了镁合金电弧增材制造的斜壁越接近垂直,其强度、塑性等力学性能越好。

关键词：电弧增材制造 AZ91D镁合金薄壁件微观组织力学性能断口组织

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履带式特种车辆精细化动力学建模与仿真

兵工学报 2024年第5期45卷 1384-1401页

作者：吴锐于会龙董昊天席军强北京理工大学机械与车辆学院北京100081

履带车辆动力学模型是车辆结构优化设计与控制算法开发、测试与标定的基础。基于商业软件所搭建模型的动力学方程及梯度信息对用户未知,极大地限制了结构参数与控制参数的优化效率。此外,现有商业软件求解效率低、实时性差,影响了控制... 详细信息

履带车辆动力学模型是车辆结构优化设计与控制算法开发、测试与标定的基础。基于商业软件所搭建模型的动力学方程及梯度信息对用户未知,极大地限制了结构参数与控制参数的优化效率。此外,现有商业软件求解效率低、实时性差,影响了控制算法开发进度。针对上述问题,基于多体动力学推导建立可同时满足纵横垂耦合运动仿真需求的履带车辆精细化动力学模型并进行仿真。建立考虑空间三维耦合运动的车体动力学模型以及精细到履带板的履带链动力学模型。通过计算履带板与各部件相互作用力,将车体模型、履带链模型以及地面相关联,最终构建190自由度的履带车辆动力学模型。在加速、刹车与转向等工况下与ATV(ADAMS Tracked Vehicle Toolkit)进行对比,结果表明自主开发的仿真模型纵横垂向运动仿真结果与商业软件高度一致,验证了新方法的准确性。

关键词：履带车辆多体动力学精细化建模履带链模型动力学建模仿真

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拉伸变焦线性菲涅尔聚光器集热特性研究

工程热物理学报 2024年第4期45卷 942-948页

作者：梁深马兴龙何谦唐艺郑宏飞北京理工大学机械与车辆学院北京100081

轻薄、光学效率高的线性菲涅尔透镜有望被广泛应用于太阳能聚光领域。然而,线性菲涅尔透镜在光线倾斜入射时焦距会变短,导致其全天有效集热时间短、集热效率低,严重阻碍了其规模化应用进程。为此,本文提出一种由超弹性透明材料制作的拉... 详细信息

轻薄、光学效率高的线性菲涅尔透镜有望被广泛应用于太阳能聚光领域。然而,线性菲涅尔透镜在光线倾斜入射时焦距会变短,导致其全天有效集热时间短、集热效率低,严重阻碍了其规模化应用进程。为此,本文提出一种由超弹性透明材料制作的拉伸变焦线性菲涅尔聚光器。当光线倾斜入射时,通过力学拉伸改变透镜的棱镜结构,以此调整棱镜对光线的偏折角度,实现变焦。通过力学和光学仿真,揭示了该菲涅尔透镜在拉伸变形中的聚光特性。实际制作了开口宽度为200 mm、焦距为360 mm的菲涅尔透镜,并对其进行了实验研究。结果表明,拉伸变焦策略可将线性菲涅尔聚光集热系统的有效工作时长提高2 h以上,其全天高效聚光集热时长达6.5 h,期间的平均集热效率约为0.6。

关键词：线性菲涅尔透镜拉伸变焦倾斜入射焦距变化太阳能聚光