AUV模块化对于操纵性的影响分析

AUV在水下的运动复杂且受到水动力的影响,在机械结构上有着模块化设计的AUV安装附加舱段势必会对运动性能产生变化,因此研究AUV在加装舱段后的水下操纵性变化问题。首先通过SolidWorks分别建立AUV与安装附加舱段AUV的几何模型,运用Ansys Fluent分别计算水动力系数;然后利用Matlab软件建立AUV的六自由度运动数学模型,最后以水平面回转运动、水平面Z形操舵运动以及空间定常螺旋下潜运动3个方面的操纵性仿真,对原AUV与加舱段AUV的操纵性进行预报并对比分析结果。结果表明,搭载了舱段的AUV相比原AUV会降低运动性能、应舵性能。

考虑城市轨道车辆影响的高架桥减振方法研究

为降低城市高架轨道交通桥梁的垂向振动,建立了包含DVA和TMD的车-轨-高架桥耦合振动模型,提出了考虑城市轨道车辆影响的利用DVA和TMD对高架桥进行联合减振的方法。首先研究了考虑城市轨道车辆影响的高架桥垂向振动特性,明确了高架桥振动频率成分中的激振频率和自振频率,接着讨论了对激振频率处和自振频率处单独减振的效果,指出了单独减振的局限性;然后同时利用DVA和TMD对高架桥进行联合减振,分析了在车速、载重、高架桥位置和高架桥阻尼比的不同情况下,联合减振的效果;最后验证了此联合减振方法的有效性。研究结果表明:高架桥受城市轨道车辆的影响,振动频率成分中,除自振频率外,还存在由车辆激励引起的激振频率;高架桥TMD能实现对高架桥自振频率处的减振,而无法对车辆引起的激振频率进行减振,车体DVA通过降低车辆车体的振动,能间接实现对高架桥激振频率处的减振;同时利用DVA和TMD对高架桥联合减振,将获得最优的减振效果。

基于轮对吸振器的城市轨道车轮减振研究

以减少城市轨道车辆的轮对垂向振动为目的,建立了包含轮对吸振器的车辆-轨道耦合模型,提出了一种新颖的采用轮对吸振器的车轮减振方法。通过对轮对吸振器曲轴反“U”字形的设计实现了吸振器可安装在轮对上的物理模型,并对轮对吸振器的参数进行理论设计,讨论了吸振器的质量比对其减振性能的影响。利用轮对垂向振动加速度及轮轨动作用力指标分析采用吸振器前后轮对的垂向振动特性,获得了轮对吸振器的减振效果;根据城市轨道交通车辆运行速度变化频繁的特点,获得了不同速度工况下吸振器的减振效果。研究结果表明:在车辆速度为80 km/h的运行条件下,轮对垂向振动峰值频率处的减振效果可达39.2%;在其他速度工况下,轮轨动作用力都被很好地抑制,并且车速越高,吸振器的减振效果越明显。因此,轮对吸振器能够有效降低轮对的垂向振动,改善轮轨相互关系,具有较好的减振效果,对于提高城市轨道车辆运行的平稳性具有一定参考价值。

Fractal Erosion of the Safe Basin in a Helmholtz Oscillator and Its Control by Linear Delayed Velocity Feedback

Fractal erosion of the safe basin in a Helmholtz oscillator system is studied.A linear delayed velocity feedback is employed to suppress the fractal erosion.The necessary basin erosion condition of the delayed feedback controlled system is obtained.The evolution of the boundary and area of the safe basin over time delay is also presented.It follows that the delayed velocity feedback can be used as an effective strategy to control fractal erosion of a safe basin.

城市轨道车轮结构振动-声辐射一体化优化方法

为了降低城市轨道车辆的车轮结构噪声,以服役的双S型辐板车轮为研究对象,建立了考虑振动与声辐射融合的城市轨道车轮结构噪声优化模型,获得了一种自上而下呈不等厚特征辐板的新型降噪车轮廓形,提出了以轨道车轮辐板区域为设计域的车轮结构振动-声辐射一体化优化方法;将整个辐板区域确定为设计域,分别设定编码规则、选择规则、交叉规则和变异规则,使振动-声辐射优化目标函数逐渐收敛,从而进化为较优的降噪车轮廓形,实现轨道车轮振动-声辐射结构优化设计;利用成熟有限元工具获得优化车轮的静强度、疲劳强度和振动声辐射性能,进一步验证双S型辐板车轮新型结构噪声优化结果的有效性和可靠性。研究结果表明:车轮结构振动-声辐射一体化优化方法适用于降噪车轮的结构廓形优化,优化后车轮峰值声功率级较原双S型辐板车轮降低了4.26 dB(A),在0~5000 Hz频段范围内声功率级峰值处降噪效果明显;从辐板结构特征上看,双S型辐板车轮的辐板由优化前的基本等厚辐板进化为不等厚辐板,车轮辐板的不等厚特征有利于降低车轮的声辐射水平,从车轮的经济和降噪性能兼顾的角度,建议采用不等厚辐板车轮廓形作为轨道车轮降噪模型。

自调节趋近算法的PMSM无位置传感器控制系统研究

为提高永磁同步电机滑模系统性能,分别从趋近算法和滑动模态函数角度对滑模系统进行改进。从趋近算法角度对滑模控制器进行设计,在指数趋近律和幂次趋近律的基础上,引入与滑模函数相关联的双曲正切函数设计了一种自调节趋近算法,用自调节趋近算法设计自调节滑模控制器并用李雅普诺夫函数验证其稳定性;采用自适应滑模观测器实现永磁同步电机无感控制,从滑动模态函数角度对滑模观测器进行设计,采用自适应环节对滑模观测器进行优化。仿真表明:自调节滑模控制器结合自适应滑模观测器的无位置传感器控制方法具有可行性,自调节滑模控制器具有良好的动态性能和抗扰性,改进的自适应滑模观测器能有效提高反电动势观测精度,削弱抖振,减小转子位置和转速的估计误差,为永磁同步电机无位置传感器滑模控制系统优化设计提供参考。

考虑UIC强度准则的轨道车轮辐板渐进结构拓扑优化方法

为了提高轨道车轮的结构性能,利用渐进结构拓扑优化方法(ESO)建立了轨道车轮的结构优化模型;以双S型轨道车轮为设计蓝本,分析了轨道车轮的辐板设计域,提出了轨道车轮在多工况作用下的渐进结构拓扑优化方法;介绍了利用渐进结构拓扑优化方法实现结构应力均匀化的优化思路;根据《整体车轮技术检验》(UIC 510-5:2003)标准,分别考虑了轨道车轮在直线工况、曲线工况和道岔通过工况,不仅获得这3种典型工况共同作用下的拓扑优化结构,而且还获得了3种典型工况依次作用下的6种拓扑结构;对比了优化前后车轮辐板的应力,并利用有限元工具验证了优化后车轮的辐板应力特性,证明渐进结构拓扑优化方法的正确性和有效性。研究结果表明:利用渐进结构拓扑优化方法对轨道车轮的拓扑优化是适用的;在车轮质量不增加的前提下,优化后车轮辐板的厚度增加且不等厚,有效地减小应力集中,降低结构应力;对比原双S型车轮,优化后6种车轮模型的结构性能均有所提升,分别提高了16.6%、20.7%、22.5%、21.3%、20.1%和19.5%,其中,方案3的优化车轮在3种工况下辐板处的最大结构应力分别降低了4.0%、14.5%和6.7%。研究有助于轨道车轮结构强度的提高,并对多工况耦合作用下轨道车轮结构优化具有重要的参考价值。

服役条件下车-设备耦合的地铁车辆横向振动特性

为了降低车体的横向振动,提高长期服役过程中的地铁车辆乘坐舒适性,建立了含车下设备的地铁车辆横向动力学模型,调研了车辆行驶速度分布以及反映轮轨接触状态的等效锥度在服役条件下的动态变化规律,获得了车-设备耦合下的横向振动特性,形成了车-设备耦合的车体横向减振参数设计方法。研究结果表明:地铁车辆的服役条件会随着车辆的行驶速度和等效锥度改变而动态改变,逐渐增大的轮轨接触等效锥度会导致车辆临界速度降低,加剧车辆的横向振动,横向振动的特征频率会随行驶速度和等效锥度的提高而线性增大,其数值集中在低频1~3 Hz范围;车体与设备在横向发生振动耦合时,设备的质量与弹性悬挂刚度存在最优匹配关系,选取合适的悬挂刚度能显著降低车体的横向振动,适当增加车下设备宽度和侧滚惯量,有助于降低车体的横向振动,为了抑制车-设备的横向振动,要重视横向悬挂刚度的选取,建议选取6.0×10^(4)N·m^(-1);车下设备与车体之间采用合适的弹性悬挂连接,让设备横向振动频率与车体的横向振动频率接近,利用车-设备的同频耦合振动,能够降低车体的横向振动,有利于车辆运行品质的提升。