摘要：传统优化设计受限于几何参数化和六面体单元生成困难等问题,优化过程繁琐,效率低下。为规范开发流程,提高优化设计效率,本文搭建以MOO(multi-objective optimization)系统为核心,集成了几何、有限元建模、数据处理以及代理优化等模块的自动化建模与优化平台。自动化建模模块以CAE为核心,基于三次样条函数构造特征截面和映射路径实现自动几何参数化建模,并在扫掠法和模型分解法的基础上,提出基于多截面扫掠法的六面体网格自动化生成方法;此外,在常规基于代理模型的优化流程上,通过数据转换和处理算法实现从数值计算结果提取到代理优化的自动化。研究结果表明:该平台能建立具有较小几何误差和高质量单元的有限元模型,结构耐撞性指标整体上有一定提升,可以显著地提高优化工作流程的效率。

摘要：建立模拟高速磁浮列车泡沫三明治裙板冲击的有限元模型,基于搭建的钢球冲击试验装置验证模型的有效性,研究冲击速度、前后金属面板厚度和支撑间距对泡沫三明治板吸能量和冲击载荷的影响。采用响应面法建立泡沫三明治板内能和初始峰值载荷的代理模型,基于遗传算法提出冲击速度、前后面板厚度和支撑间距等参数的优化方法。研究结果表明:在低速(8 m/s)冲击下,泡沫三明治板具有更好的吸能效率,吸能效率能达到90%以上;随着冲击速度增加,吸能效率显著下降;增加冲击间距不仅能延长冲击作用时间,也能显著降低冲击载荷峰值力,降幅达到13.59%;针对高速磁浮列车泡沫三明治板的吸能设计要求,通过调整前、后金属面板的厚度可有效改善其吸能效果。内能和峰值力的预测值与其真实值之间的最大相对误差分别为4.14%和0.96%,满足高速磁浮列车泡沫三明治板吸能特性预测的精度要求。

摘要：为拓展强迫振动法在桥梁断面颤振导数识别领域中的应用能力,采取让断面做2次同频异相的弯扭耦合简谐运动模式,理论推导出任意非零相位差条件下的桥梁断面颤振导数识别公式。以理想平板的Theodorsen解为气动力数据源,对该方法的识别能力进行数值验证,并在此基础上研究弯扭耦合运动相位差、高斯白噪声、整数倍频有色噪声对平板颤振导数识别结果的影响规律。基于Fluent软件,将该方法与计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)技术结合,识别得到丹麦大带东桥主梁断面的颤振导数。研究结果表明:当平板气动力不包含噪声时,在任意非零相位差取值条件下,按照该方法识别所得颤振导数结果与理论值完全吻合;当平板气动力含有高斯白噪声时,在考察的3个低水平噪声条件下(5%、10%、15%),颤振导数识别误差与高斯白噪声比例水平、折算风速均成正相关,但不同颤振导数对高斯白噪声敏感程度各异;当平板气动力包含整数倍频有色噪声时,3倍频、4倍频噪声对颤振导数的识别精度影响显著,其他低倍频噪声和超高倍频噪声的影响较小,在8个颤振导数的识别结果中,H_(2)^(*)、H_(4)^(*)、A_(2)^(*)、A_(4)^(*)对倍频有色噪声更敏感。应用该方法结合CFD数值模拟识别得到的大带东桥主梁颤振导数与既有文献结果吻合良好,经计算得到的颤振临界风速也较为接近。研究结果可满足同类桥梁颤振设计的工程计算需求。

摘要：为提高电力机车碰撞安全性,文章以某型电力机车车体为研究对象,对底架前端部位开展耐撞性动态拓扑优化研究。首先,建立电力机车有限元模型,通过基于混合元胞自动机法的动态拓扑优化分析得到底架能量流动的主要路径;然后,结合电力机车车体结构特点,对底架前端结构进行优化设计与铝蜂窝吸能材料填充;最后,将优化前后的有限元模型进行碰撞仿真计算对比。研究结果表明:优化后的车体碰撞峰值加速度为402.56 m/s^(2),较优化前的车体碰撞峰值加速度663.04 m/s^(2)降低了39.29%,优化后碰撞峰值界面力比优化前降低35.71%,验证了机车耐撞性结构拓扑优化设计的合理性与有效性,提升了该型机车的耐撞性能。

摘要：地下水循环井(groundwater circulation well,GCW)是一种集可耦合抽提、生物强化和化学氧化还原于一体的原位修复技术,然而运行过程中井体堵塞严重影响其使用寿命、运行费用、修复效能。本文通过回顾国内外各类地下井体堵塞研究进展,结合GCW结构特点及场地水文地质条件,系统地梳理了堵塞成因。针对物理堵塞、化学堵塞和生物堵塞形成机理,总结了GCW堵塞数学预测模型及场地识别技术,同时系统综述了现有破阻技术及适用范围。最后针对GCW建井初期防堵设计-运行期间堵塞预测识别-堵塞发生后的破阻技术方法 3个方面,提出了未来研究及场地应用发展方向展望,以期为GCW优化设计、场地维护及解堵措施提供理论支撑及技术参考。

摘要：采用基于有限元反射模型的SFS(shapefromshading)算法对锆-4合金低周疲劳断口进行三维重建,定量描述了断口表面的三维形貌。然后,根据小岛法的基本理论,研究了断口三维形貌的分维计算方法,计算了一系列平行于断口表面的分维值。结果表明:在40%～60%高度范围内,根据小岛法作出周长L(η)-面积A(η)在双对数图上呈近似直线关系,表明Zr-4合金断口具有良好的分形特征;分形维数D变化范围为1.5809～1.6450,平均值1.6031,标准差0.0237。表明在此切割高度范围内,高度对分维值影响较小。

摘要：断口表面的分形维数是断裂表面粗糙度的一种度量,它和材料的韧性相关。应用小波分解技术,用“双毯法”提取了锆-4合金低周疲劳断口在低频、水平高频、垂直高频、对角高频方向上的分形维数。结果表明锆-4合金低周疲劳断口具有分形特征;分形维数与疲劳寿命有关,疲劳寿命越高,分形维数越大;随着分解级数的增加,不同寿命的断口分维值之间差距加大,小波分解的级数越多,越能获得有效的特征量;同一断口,放大倍数不同,分形维数差异较大。低倍下(≤4000XD),随分解级数增加,对角方向上高频信号变化更复杂,分维值上升较快;高倍下(≥8000XD),断口的复杂性降低。

摘要：Stewart平台具有六自由度运动特性,既可用于隔振,也可用作跟踪平台。但是隔振功能要求系统带宽低,而跟踪功能则要求系统带宽高,二者的矛盾使得使用具有隔振功能的Stewart平台很难实现高精度跟踪。为了解决这一技术问题,引入高带宽的倾斜校正系统,构成双阶控制结构,以提高精度。传统的双阶控制需设计解耦环节,需要独立的测量传感器实现分级控制。本文提出了一种基于单传感器的控制方法,对传统的双阶结构进行改进,避免解耦环节,实现对Stewart-TTM高精度稳定闭环。为了进一步提高系统在带宽内的跟踪精度,设计PI-PI控制器经理论分析以及实验验证:基于单传感器测量的Stewart的双阶控制结构既能够满足隔振要求,又能够实现高精度跟踪控制。

摘要：为了抑制倾斜校正系统中的时变扰动,提出了一种基于特征扰动频率辨识的自适应扰动抑制方法。采用最小均方误差准则对闭环系统误差进行特征扰动频率辨识,以实现自适应控制器参数的在线调整,且将辨识的滤波参数与控制器调整并行化设计。同时提出频率分割的方法,将低频扰动以及高频扰动的抑制相结合,进一步提高了特征频率辨识速度以及简化设计流程,实现对闭环带宽内的扰动自适应抑制。所提出的方法在倾斜校正装置中进行了闭环验证,实验结果表明该方法能快速辨识特征扰动并自适应调节控制器,可以在单频或多频时变扰动下提升系统的闭环性能。

摘要：一体化假肢是以聚合物为材料从接受腔到假腿一体成型的新型下肢假肢 ,它比传统型假肢更经济、美观、轻便 ,具有较大的应用前景。目前的相关研究主要集中在设计与制作及少量的临床研究方面。由于一体化假肢与传统型假肢在结构上的差异 ,有必要对其进行应力分析。本研究的目的是开展内骨架一体化假肢的生物力学研究 ,本研究基于内骨架一体化小腿假肢的真实几何构型 ,建立三维有限元模型 ,计算该模型在模拟HeelOff步态时相的载荷作用下的应力分布 ;在保持该模型的几何形状不变的情况下 ,建立了三个不同壁面厚度的一体化小腿假肢的有限元模型 ,分析壁面厚度对一体化小腿假肢应力分布的影响 ;通过分别赋予模型四种不同高分子聚合物的材料力学特性值 ,分析不同材料的一体化假肢的应力分布特点 ;分别对模型施加与正常步态的五个典型时相对应的载荷 ,分析一体化小腿假肢在各步态时相的应力分布特点。本研究结果对一体化假肢设计有指导价值。