摘要：针对高速列车制动系统在列车低运行速度、强制动盘/片摩擦作用时存在的制动尖叫噪声问题,设计了一种三明治阻尼结构以实现制动尖叫噪声的抑制以及摩擦自激振动能量的收集。在自主研制的高速列车制动性能模拟试验台上开展制动摩擦学试验,并基于该试验装置开展摩擦块磨损及瞬态动力学分析,研究三明治阻尼结构对摩擦块表面磨损、制动界面接触及制动系统动力学行为和输出电压特性的影响。结果表明,三明治阻尼结构能够有效抑制制动摩擦振动噪声并显著影响其产生和演变,且依托自身良好的变形能力将制动摩擦振动能量转换为电能;三明治阻尼结构能够显著减小摩擦块的偏磨角度,改善摩擦块表面摩擦磨损特性和制动界面接触行为,减少制动摩擦热的产生和聚集;三明治阻尼结构良好的弹性变形能力可实现制动盘与摩擦块接触状态的实时调整,进而建立稳定的界面接触关系,使得摩擦块表面均匀磨损且整体处于滑动摩擦状态,最终实现了制动系统摩擦自激振动的有效抑制。

摘要：为改善高速列车明线运行时的气动性能,基于伴随方法和径向基函数网格变形技术,开展高速列车头型气动优化设计。采用径向基函数网格变形技术,避免列车头型优化过程中的网格重复生成,提高头型优化的效率。通过伴随方法求解目标函数对列车头型的敏感度,无须定义任何的头型设计变量,避免人为指定设计变量对优化结果的影响。将网格变形技术、伴随方法及计算流体动力学(Computational fluid dynamic,CFD)方法相结合,构建高速列车头型优化设计流程,选取整车气动阻力和尾车气动升力为优化目标,对高速列车头型进行多目标气动优化设计。结果表明:伴随方法可以有效地应用于高速列车的头型优化;优化后,在满足约束条件的情况下,列车的整车气动阻力减小2.83%,尾车气动升力减小25.86%;气动阻力减小主要位于头尾车流线型部位,中间车和头尾车车体气动阻力基本保持不变;尾车气动升力减小主要位于流线型部位,尾车车体向下的升力绝对值也有所减小。

摘要：考虑高速移动载荷作用下轨道结构的离散轨枕支撑、钢轨剪切变形及转动惯量对轨道振动响应的影响,建立基于Timoshenko梁的双层黏弹性离散支撑轨道振动模型,利用Fourier变换法求解具有周期性支撑的轨道响应,通过与文献中试验结果对比,验证其在固定简谐载荷下计算结果的正确性。研究表明,轨枕的离散支撑使得轨道刚度呈现周期性变化,跨中最小,轨枕上方最大,形成高速轮轨系统的参数激扰;移动载荷作用使轨道系统呈现以速度为变量的共振特性,载荷原点导纳随车速提高先增大后减小,此外,低速时轨道振动响应最大值出现在载荷点位置,随着速度提高,最大轨道振动响应滞后于载荷点;移动载荷使得轨道系统各阶振动主频出现变化:低阶振动主频随速度提高而降低,达到一定速度时降低为0,之后又随速度提高而上升;高阶振动主频也随速度提高而非线性下降;由于移动载荷的多普勒效应,轨枕离散支撑引起pinned-pinned共振和反共振出现上、下分叉,分叉频率偏移量为轨枕通过频率之半。基于Fourier变换法实现高速移动载荷下的轨道振动响应分析,为高速轨道系统设计提供参考。

摘要：铁路车轴在运用过程中承受大量循环疲劳载荷,且其完整性可能被破坏,因此存在疲劳失效的风险.为防止车轴疲劳失效的发生需对含缺陷损伤车轴进行剩余寿命评估.采用用户子程序SIGINI及二次迭代法重建车轴深度方向的残余应力场,研究深滚压处理后的EA4T合金钢车轴的疲劳裂纹扩展行为.同时综合考虑车轴压装配合过程及车轴所承受的实际轮轴服役载荷谱,并基于扩展有限元方法对含初始裂纹的EA4T车轴进行应力强度因子计算.采用断裂力学评估方法对全尺寸EA4T车轴剩余寿命进行预测.研究结果表明,当初始裂纹深度方向尺寸在残余应力层范围内裂纹不会扩展;当裂纹位于车轴中部时,动、拖车车轴临界破坏尺寸分别为7和9 mm,对应剩余寿命分别为47.13万公里和101.35万公里;当裂纹位于车轮内侧圆弧过渡处时,动、拖车车轴临界破坏尺寸分别为4.5和5 mm.本研究结果可为深滚压处理后的EA4T车轴无损探伤检修间隔优化提供参考.

摘要：通过仿照自然界双子叶植物叶脉的分布形式和生长特性,提出一种自适应成长的板壳结构加筋布局设计。采用仿生设计,将结构加筋分布的过程看作为一个逐级生长的分枝结构,从种子点位置出发,沿着使结构性能最优的方向进行生长同时将对结构性能贡献最小的加强筋进行退化,逐步形成最优加筋布局。以矩形薄板为例,首先,通过典型算例的刚度优化进行方法验证;进而,结合有限元分析法和声辐射模态方法,获取结构辐射声功率并计算仿生脉序生长规律下的声功率灵敏度,基于声功率灵敏度分布和"单元生死"实现加筋布置,最终寻求辐射声功率最小的结构加筋布局方案;最后,调查了激励频率对加筋布局的影响。结果表明,仿生脉序优化法得到的加筋最优布局比现有传统方式更为有效,布局清晰,结果更优。相关分析可为轻质板壳结构的加筋布局优化设计提供科学指导。

摘要：为了降低磁浮列车与轨道梁的垂向耦合振动强度,提高磁浮列车的曲线通过能力,对TR08磁浮列车的走行部结构进行了改进设计。通过移植TR08磁浮列车模型的功能模块,构建了新型磁浮列车动力学模型,并模拟分析了车辆、轨道梁的动力响应和曲线通过性能。结果表明:新型磁浮列车降低了轨道梁的响应,提高了曲线通过能力,其设计思路合理。

摘要：在感应无线电能传输系统(inductive wireless powertransfer,IWPT)中,常采用谐振电路保证系统以最大功率和最大效率传输电能。受到系统参数变化的影响,IWPT系统容易发生谐振频率偏移,需借助有效的谐振点检测技术和谐振调节装置实现电路谐振调节。针对副边线圈感应电压难以检测,无法通过副边感应电压电流相位判定副边电路谐振的问题,该文首先设计了基于同轴相位检测线圈的副边电路谐振点检测方法,并对该方法的原理进行了详细分析。然后构建了一种基于同轴相位检测线圈和相控电容器的副边电路谐振调节控制方法,并根据该方法搭建了实验平台。实验结果表明应用该文的调谐方法后,系统传输功率和传输效率均有提升。特别是在原边线圈恒流有效值11A条件下,系统负载输出功率从508.92W增大至577.41W,原边直流电源至负载的总体效率从85.24%提升至88.98%,验证了同轴相位检测线圈用于副边电路谐振调节的可行性。

摘要：分析了基于LCL-S拓扑的感应电能传输(IPT)系统的动态特性,旨在利用数字PI控制器提高负载电压动态响应。首先,利用广义状态空间平均建模方法得到IPT系统的大信号模型及稳态工作点。在此基础上,建立描述在IPT系统的输入受到扰动状态下的小信号模型。经实验样机与小信号模型阶跃响应对比证明,小信号模型能够较准确地描述IPT系统动态响应。然后,根据小信号模型,借助Matlab中PIDtool工具箱设计合适的PI控制器参数,提高IPT系统的负载电压响应特性。最后,通过实验证明设计的闭环数字PI控制器使IPT系统负载电压响应时间在12 ms左右。

摘要：为克服目前声学超表面存在可重构性差、功能单一以及稳定性较差等不足,基于声学理论并结合可编程逻辑控制器设计了一种可精密调节的多模式共振腔型声学超表面.首先建立了超表面狭缝宽度与相位变化的理论模型,并利用此模型分别计算出实现连续可调的声聚焦及声折射功能所需的狭缝宽度,且基于执行系统中的电机最大速度对其进行修正;其次设计包含单主多从模式硬件平台和电机运动软件算法的控制系统;最后利用自主研发的声场测试试验台对该超表面进行声波波阵面调制试验,并基于有限元方法分别对超表面调节入射平面波的声场进行数值模拟.试验和数值仿真结果表明,设计的控制系统可精确同步调控超表面狭缝宽度实现多种功能,设计的算法误差在0~1.1%,系统运行平顺性和鲁棒性得到提高,提出的主动式声学超表面解决了传统声学超表面可重构性差和因流体波动性导致共振腔室体积时变问题,增强了超表面的实际应用性,对声学超表面在主动声波操控方面提供了一定的指导.

摘要：为研究基于磁流变阻尼器的高速列车半主动悬挂横向控制策略及其时滞问题和时滞补偿方法,建立包含50个自由度的CRH3型动车组拖车动力学模型,同时,针对Lord公司RD-8040-1型磁流变阻尼器进行特性测试并建立其BP神经网络力学模型和阻尼器电流响应迟滞模型,依据模糊控制律设计了基于车体横移、摇头2个状态的速度及加速度为反馈变量的模糊控制器,并将其用于预测阻尼器实时控制电流,运用Smith预估补偿控制结合PID控制对磁流变阻尼器电流响应迟滞进行补偿;采用SIMPACK和SIMULINK 2款仿真软件搭建联合仿真平台分析应用了本文所设计半主动悬挂系统的车辆动力学性能。仿真结果表明,时滞一定程度地恶化了控制效果,使控制效果不稳定,但采用时滞补偿后阻尼器跟踪期望电流能力则显著提升;相较于被动悬挂,应用了包含时滞补偿的磁流变阻尼器模糊半主动悬挂系统可有效降低车体横向振动,改善车辆运行平稳性,在运行速度为250 km/h工况时,车体横向加速度幅值谱最大幅值由0.07986 m/s^(2)下降到0.04956 m/s^(2),改善幅度达到37.9%,在100~350 km/h的运行速度区间内,车辆的横向平稳性指标改善2.1%~12.9%。