机车驾驶室垂向动力学建模与舒适性问题研究

为了研究机车在行驶过程中不同速度下的机车驾驶室座椅地板的振动情况,判断其不同速度下的舒适性,降低机车驾驶人员在振动环境中引起职业病的可能性。本文应用子结构法构建了机车多体动力学模型,计算了在不同行驶速度工况下的驾驶室座椅地板处的振动加速度,结合舒适性标准确定不同速度下驾驶室座椅舒适性情况;针对120 km/h行驶速度计算宽轨电力机车驾驶室座椅地板处的随机动态响应,明确其峰值最大值所在的频率范围。分析结果表明:随着速度的提高,宽轨电力机车的驾驶室座椅地板的垂向振动加速度明显增大,舒适性等级由1级变为3级,舒适性明显降低。在频率点16.489 Hz和18.815 Hz时振动位移和振动加速度会产生峰值。

基于自适应响应面法的白车身结构轻量化设计

白车身是汽车的重要组成部分,许多汽车制造业已经把白车身轻量化设计作为重要研究方向之一。如果能对白车身进行轻量化设计,就能达到节能减排的目的。以某白车身为研究对象,基于自适应响应面方法对白车身模型进行优化求解。首先利用有限元法获得白车身的模态、刚度和强度,并通过模态和刚度的灵敏度分析筛选15个钣金件作为变量;利用田口实验进行15因子3水平实验设计,根据田口实验数据创建响应面;然后使用最小二乘回归和移动最小二乘法进行响应面拟合,基于自适应响应面方法对其进行优化求解,并进行仿真实验对比。结果表明,使用本文方法可以将白车身质量减重18.924 kg,减重了4.7369%,并且利用此方法进行的轻量化设计使得白车身的3个静强度工况的最大应力均有所下降,并在满足刚度和强度条件下,实现了白车身轻量化要求。

涡桨飞机整机振动响应预计与乘员舒适性评估

为了在设计阶段预估涡桨飞机的振动水平并分析舱内振动环境的影响,亟需建立一套全机级振动响应预计与评估技术。从人体舒适性和健康风险指标出发,建立涡桨飞机振动控制设计流程,识别关键环节及要素。研究解决振动载荷获取、振动分析模型建立、振动响应计算、舱内振动环境评估等核心问题。通过全机地面共振试验和缩比模型振动响应测试风洞试验结果,验证了整机振动分析模型和振动响应计算方法的准确性。所建立的方法、实施流程和途径可为涡桨飞机的振动控制正向设计提供参考。

坐姿人体动态特性的有限元法研究

为研究振动环境下人体脊椎不同部位响应特点。基于人体解剖结构创建了包括头部、脊椎、肋骨和盆骨的坐姿人体上身三维有限元模型。采用模态法提取了该模型以及不同数量节段脊椎(L3-L4、L1-L5和C1-L5)的30阶模态,并采用随机响应法计算了在垂直方向0~20 Hz白噪声激励下各个脊柱节段在X、Y和Z三个方向的加速度。发现坐姿人体上身的第一阶模态在前后方向,第二阶模态在左右方向。所有模型的第一阶垂向固有频率与现有文献结果相近,所有椎间盘平均加速度响应的峰值频率在坐姿人体垂直频率4~6 Hz范围内,从而证明了模型的有效性。研究发现:对人体影响较大的振动模态主要分布在0~12 Hz以内;椎间盘Z加速度均方根从颈椎到腰椎不断减小,而X加速度均方根在T7-T8附近最小,在椎间盘L4-L5处最大。本研究创建的动力学模型,不仅可用于更为准确地研究人体内部动态响应规律,而且响应计算快速,为进一步提高乘坐舒适性、减少脊椎疾病提供研究方法和理论依据。

基于EDEM-RecurDyn的自激式振动深松铲耦合仿真研究

为探究自激式振动深松作业新的仿真研究方法,通过动力学仿真软件RecurDyn和离散元仿真软件EDEM对自激式振动深松过程进行联合仿真分析。以耕作阻力为评价指标,耕作深度、牵引速度和弹簧刚度为变量,设计3因素3水平响应面分析和优化试验。结果表明,牵引速度为3 km·h^(-1)、耕作深度为350 mm和弹簧刚度为300 N·mm^(-1)时,深松铲最大入土角为26.39°,弹簧振动频率为3.84~6.25 Hz,弹簧对耕作阻力有明显缓冲作用;自激式深松铲参数耕作深度为301 mm、速度为2.6 km·h^(-1)、弹簧刚度115 N·mm^(-1)时,以最小耕作阻力为评价指标的作业效果最优。EDEM-RecurDyn联合仿真为自激式振动深松铲的优化设计提供新方法。

金针菇Ⅱ类过氧化物酶基因在子实体发育与胁迫应答过程的表达特征

Ⅱ类过氧化物酶(ClassⅡperoxidase,CⅡp)是活性氧代谢的重要抗氧化物酶,参与机体氧化应答过程。基于金针菇全基因组数据鉴定到两个Ⅱ类过氧化物酶基因,并分别命名为FfCⅡp1、FfCⅡp2,采用在线网站软件对基因进行生物信息学分析,利用实时荧光定量PCR技术分析基因在金针菇不同子实体组织和胁迫应答中的表达模式。结果显示,FfCⅡp1全长1638 bp,包含一个1131 bp的完整开放阅读框,编码376个氨基酸。FfCⅡp2全长1410 bp,包含一个1032 bp的完整开放阅读框,编码343个氨基酸。保守结构域及进化树分析表明,FfCⅡp1和FfCⅡp2分别归属于锰过氧化物酶和通用过氧化物酶家族。RT-qPCR结果表明,两个FfCⅡp基因均在伸长期菌柄中高表达,且在快速伸长区段显著上调;损伤和氧化胁迫处理均能诱导FfCⅡp1和FfCⅡp2上调表达,FfCⅡp2的上调幅度明显高于FfCⅡp1。以上结果表明,金针菇两个CⅡp家族基因参与菌柄伸长与胁迫应答过程,且FfCⅡp2对损伤和氧化胁迫更为敏感。

动力扰动下充填体内预留巷道稳定性分析

巷道的稳定性是矿山安全高效生产的保障,在动力作用下实现充填体内预留巷道的稳定性预测,是指导工程实践的关键。为了研究不同扰动下充填体内预留巷道的动力响应规律,以某矿山工程为研究对象,采用3DEC数值模拟技术,建立了巷道动力稳定性分析的三维数值模型,并进行了数值模拟分析。研究结果表明:对于马蹄形巷道,同一水平的动力扰动对侧帮的影响较大。随着动力扰动距离的增大,巷道周围质点振动的差异性越来越小。采用钢丝绳+钢筋网的预留巷道开采方式,能够合理有效地对巷道外爆破动力扰动进行很大程度上的削弱,这对于巷道稳定性的保持是非常有利的。

基于DEM-MFBD-CFD方法的冰雪飞溅击打应答器力学研究

严寒地区冰雪飞溅问题对高速铁路运营安全性有直接影响,现场调研发现多处冰块脱落击打应答器的现象,而国内外对此研究尚未见文献报道。采用基于离散元-多柔性体动力学-计算流体力学(discrete element method-multi flexible body dynamics-computational fluid dynamics, DEM-MFBD-CFD)耦合分析法,建立车厢底板结冰脱落击打应答器模型,并借助风洞和现场试验结果,验证了模型的可靠性;基于建立的分析模型研究不同列车速度、风压变化、冰块质量等因素对应答器击打的受力影响。结果表明:应答器受到的最大应力随列车运行速度呈现幂函数增长关系,当行车速度增大到350 km/h时,最大应力达15.591 MPa,约为150 km/h时的3.5倍;且随冰块质量增加应答器最大应力呈现先迅速增加后缓慢增长趋势;当横风风速为5~20 m/s作用时,应答器表面所受到的最大应力相差不大,表明横风对冰雪击打应答器作用可忽略不计;为减小冰雪飞溅击打应答器危害,可采取除融雪手段、列车降速等措施。

高速列车车体结构强度及动态频率响应分析

铝合金车体因其加工性能好、密度小等优点被广泛用于轨道交通车体制造,为了保证车体在服役期间的结构安全性,在设计阶段进行整车结构强度和动态性能研究就显得至关重要。根据EN-12663《铁路车辆车身结构要求》等标准对铝合金高速列车车体进行静强度、模态和频率响应分析。结果显示该高速列车车体结构强度性能指标满足许用要求,频率响应变化范围主要集中在7 Hz~15 Hz之间,车体一阶垂弯频率大于10 Hz,符合车体振动模态设计标准。

钻孔雷达探测地下不良地质体的正演模拟及其复信号分析

在工程建设中经常会遇到诸如溶洞、裂隙带和断层破碎带等不良地质体,如果不能提前探明地下是否存在不良地质体及其含水情况,将会埋下严重的安全隐患。钻孔雷达是一种十分有效的探测方法,但迄今,尚未见有针对典型不良地质体进行正演模拟并进行复信号分析的工作。结合复信号分析技术,利用振幅、相位和频率等瞬时信息对钻孔雷达探测结果进行综合分析,能够提高解译的精度和准确性。针对溶洞、裂隙和断层等典型不良地质体无水和含水的情况分别建立了数值模型,利用地质雷达正演软件GprMax对数值模型进行了正演模拟,并使用复信号分析技术对正演结果进行了分析,获取了典型不良地质体的响应特征,且当不良地质体含水时,反射信号振幅增强、相位反转、频率降低。结合工程实例对钻孔雷达探测数据进行了复信号分析,正演模拟和工程实例都表明,利用复信号分析技术,可以更加方便地对地质异常体的形态分布及其含水情况进行分析,提高了钻孔雷达解译的精度和准确性。

利用有限元研究非贯穿弹道冲击防弹衣后人体躯干的力学响应

目的通过建立人体躯干有限元计算模型,对弹头非贯穿性弹道冲击下人体躯干主要脏器的力学响应进行数值模拟。方法利用正常成年男性的CT扫描数据,应用医学图像重建软件Mimics和有限元前处理工具Hy-perMesh进行人体躯干有限元建模,在显式动力有限元分析软件LS-DYNA中对速度为360 m/s的9 mm手枪弹弹头撞击装配有软质防弹衣人体躯干的压力、加速度响应进行数值计算。结果建立了包括胸廓骨骼结构、脏器、纵膈和肌肉/皮肤的人体躯干有限元模型,通过数值计算获得了心脏、肺脏、肝脏、胃的压力响应以及胸骨的加速度响应,发现不同脏器之间或同一脏器的不同位置,离弹头撞击点位置的远近决定了压力峰值的大小和出现压力峰值的时间。结论装配有软质防弹衣的人体躯干有限元计算模型可作为非贯穿弹道冲击下人体力学响应的仿真分析工具,仿真结果可为防弹衣后钝性损伤机制和防护研究提供依据。

深水平台上层模块海上吊装多浮体响应分析

海上吊装操作是平台海上安装作业中的重要一步,深海吊装操作面临着恶劣海况的考验。对于海上吊装操作过程中的多浮体相互干扰运动,采用了时域数值纽马克方法求解,选定JONSWAP风浪谱进行随机海况模拟。重点研究了不同浪向组合对多浮体运动响应的影响,提出安全作业浪向。在安全海况下进行了不同风速影响的研究,提出安全作业的风速范围。在安全作业海况下进行了吊装操作模拟,证实吊装操作能平稳进行,对海上吊装操作安全顺利进行具有重要意义。

浮放物的地震响应及防倾覆措施研究

在地震作用下，像计算机、重要仪器和文物等浮放物可能发生滑动、摇晃或倾覆而造成损失。将这类浮放物简化为刚性块体，并把放置这些物体的基础（地面、楼板或台面）视为刚性平面。研究了块体在静止基础上的自由摇晃和在运动基础上的强迫摇晃两种运动的特性。用弹簧将块体锚接在基础上，作为防倾覆措施。计算表明，用很小弹性系数的弹簧，就可起到好的防护作用。

浅水单点系泊FPSO软刚臂参数敏感性分析

软刚臂单点系泊FPSO是浅水油田广泛采用的油气开采设备。为研究单点系泊系统的受力性能,针对一艘作业于浅水油田的16万吨级软刚臂单点系泊FPSO,在线性三维势流理论的基础上,基于多体动力学方法建立FPSO—系泊腿—软刚臂的耦合模型,在时域内计算软刚臂单点系泊系统(SYMS)的动力响应特性;并进行软刚臂单点系泊系统参数敏感性分析,研究软刚臂系泊系统的系泊点高度、系泊刚架高度、软刚臂长度、系泊腿长度、压载舱重量等设计参数的变化对系统动力响应性能的影响。结果表明:单点载荷和系泊腿轴向载荷随着系泊点高度、系泊刚架高度和压载重量的增加先减小后增大,而随着软刚臂长度、系泊腿长度的增加则是先增大后减小;且单点载荷对软刚臂长度和压载重量这2个参数的变化最为敏感,而系泊腿轴向载荷则对系泊刚架高度、软刚臂长度这2个参数的变化最为敏感。

大型水平轴风力机多体系统的动力学分析与仿生设计

采用ANSYS建立了1.5MW直驱风力机多体系统的动力学模型,计算了系统的固有频率,对系统的共振性和稳定性进行了分析,并探讨了在极端运行阵风下风力机系统各部件的瞬态响应振动.分析结果表明:塔架为柔塔,在正常工作转速下风力机能够安全、稳定运转;由于各个部件刚度不同,使得叶片叶尖振动较其它部件复杂,叶尖的振动是受风载作用的三叶片与塔架弹性变形相互耦合作用的结果.最后将植物树干柔性结构应用于风力机塔架的结构设计中,说明了风力机塔架仿生设计的可行性.

某电动客车车身骨架的轻量化

为了满足某电动客车轻量化的需求,在保证车身骨架在模拟车辆行驶的4种极限工况(水平弯曲、极限扭转、紧急转弯和紧急制动)结构性能良好后,用灵敏度分析找出能有效减轻底盘骨架质量而对骨架结构性能影响不大的部件.以型材厚度作为优化设计变量值,骨架总质量最小为目标,各工况下的最大位移为约束条件,对车身骨架建立多目标优化数学模型.利用响应面算法(RSM)得到优化后各设计变量的厚度值.对轻量化前后的车身骨架在相同条件下进行了模态和结构性能对比分析.结果表明:优化后4种极限工况下的车身骨架强度与刚度均能得到保证,模态频率也在要求范围内,且车身骨架总质量减轻45.6 kg,约占其总质量的5.36%,轻量化效果较好.

基于动力总成和车身整体的发动机怠速激励下车身振动仿真研究

综合运用多体动力学、有限元法、动态响应灵敏度分析和结构优化方法,研究基于动力总成和车身整体的发动机怠速激励下车身振动的动态仿真。以某国产客车为研究对象,分别建立十二自由度整车动力学模型和白车身有限元模型。以悬置系统的动载荷为桥梁,将动力学仿真和有限元仿真结合起来,定量求解发动机怠速激励下车身特征点的动态响应。对比分析特征点动态响应的仿真结果与实车测试结果,验证仿真方法的正确性。将此振动仿真方法应用到结构优化中,针对实车上出现怠速工况下VIP座椅位置振动异常问题,以动态响应灵敏度分析为指导,通过对车架和车身底板骨架整体结构局部调整和尺寸优化,提高了客车的乘坐舒适性能。

基于结构参数影响的风力机柔性多体系统的动力响应

采用ANSYS建立了1.5MW风力机柔性多体系统动力学模型,计算了系统及其各部件的固有频率,对系统的共振和稳定性进行了分析,并考虑了系统稳定性的影响因素。结果表明:塔架为柔塔,在工作转速下风力机能够安全、稳定运转;塔架的高径比对系统稳定性有明显影响,而叶片旋转方位角变化对整机模态频率的影响可忽略。最后分析了风力机系统各部件在风载荷激励下瞬态响应振动情况。结果表明由于各部件刚度不同,使得叶片叶尖振动较其他部件复杂,叶尖振动是受风载作用的三叶片与塔架弹性变形相互耦合作用的结果。

矿石冲击下自卸汽车车箱底板纵横梁开裂和断裂原因分析

针对重型自卸汽车车箱在装载矿石过程中出现的车箱底板纵横梁异常开裂和断裂问题,应用HyperMesh有限元软件建立了以板壳单元为基本单元的车箱有限元分析模型,并针对装载矿石的特点建立了矿石有限元模型,采用显式动态有限元法,以ANSYS/LS-DYNA为求解器,求解了不同质量的矿石从不同高度下落对车箱底板的冲击响应。结果表明:车箱底板纵横梁异常开裂和断裂是底板纵横梁连接部位冲击应力值大于材料的最小抗拉强度产生的,这与实车车箱底板纵横梁开裂和断裂情况相吻合。当车箱底板厚度为16mm,下落矿石质量超过0.3t之后,开裂和断裂处最大应力已大于底板材料的屈服强度(345 MPa)或最小抗拉强度(470 MPa)。为避免出现车箱底板大梁异常开裂和断裂现象,在确定的车箱底板厚度条件下,应限制装载矿石的质量和下落高度。

铰接式自卸车前车体侧倾振动仿真分析

针对铰接式自卸车前车体侧倾振动较大的问题,建立了该系统6自由度振动模型。分析了特定激励工况下,系统参数对该振动系统响应的影响程度。所选特定激励工况为:左、右车轮所受激励具有相同幅值和相同频率,而相角相差π,即最易引起系统侧倾振动的激励工况。考查的系统响应指标为驾驶室侧倾角加速度的模。影响因素包括悬架阻尼、两侧悬架间距等11个系统参数。通过仿真计算,采用单因素分析法研究了各系统参数发生变化时,前车体侧倾振动-驾驶室侧倾振动角加速度模值的变化情况;并用贡献率的概念比较了各个系统参数对侧倾振动的改善情况。