Research on the influence of flexible wheelset rotation effect on wheel rail contact force

Purpose-Under the high-speed operating conditions,the effects of wheelset elastic deformation on the wheel rail dynamic forces will become more notable compared to the low-speed condition.In order to meet different analysis requirements and selecting appropriate models to analyzing the wheel rail interaction,it is crucial to understand the influence of wheelset flexibility on the wheel-rail dynamics under different speeds and track excitations condition.Design/methodology/approach-The wheel rail contact points solving method and vehicle dynamics equations considering wheelset flexibility in the trajectory body coordinate system were investigated in this paper.As for the wheel-rail contact forces,which is a particular force element in vehicle multibody system,a method for calculating the Jacobian matrix of the wheel-rail contact force is proposed to better couple the wheel-rail contact force calculation with the vehicle dynamics response calculation.Based on the flexible wheelset modeling approach in this paper,two vehicle dynamic models considering the wheelset as both elastic and rigid bodies are established,two kinds of track excitations,namely normal measured track irregularities and short-wave irregularities are used,wheel-rail geometric contact characteristic and wheel-rail contact forces in both time and frequency domains are compared with the two models in order to study the influence of flexible wheelset rotation effect on wheel rail contact force.Findings-Under normal track irregularity excitations,the amplitudes of vertical,longitudinal and lateral forces computed by the flexible wheelset model are smaller than those of the rigid wheelset model,and the virtual penetration and equivalent contact patch are also slightly smaller.For the flexible wheelset model,the wheel rail longitudinal and lateral creepages will also decrease.The higher the vehicle speed,the larger the differences in wheel-rail forces computed by the flexible and rigid wheelset model.Under track short-wave irregularity excitations,the vertical force amplitude computed by the flexible wheelset is also smaller than that of the rigid wheelset.However,unlike the excitation case of measured track irregularity,under short-wave excitations,for the speed within the range of 200 to 350 km/h,the difference in the amplitude of the vertical force between the flexible and rigid wheelset models gradually decreases as the speed increase.This is partly due to the contribution of wheelset's elastic vibration under short-wave excitations.For low-frequency wheel-rail force analysis problems at speeds of 350 km/h and above,as well as high-frequency wheel-rail interaction analysis problems under various speed conditions,the flexible wheelset model will give results agrees better with the reality.Originality/value-This study provides reference for the modeling method of the flexible wheelset and the coupling method of wheel-rail contact force to the vehicle multibody dynamics system.Furthermore,by comparative research,the influence of wheelset flexibility and rotation on wheel-rail dynamic behavior are obtained,which is useful to the application scope of rigid and flexible wheelset models.

Analysis and Experimental Study on the Friction Force at the Binding Point of Flexible Cable on Satellite

Mainly for the problem that the friction force generated by the existing process of bind-ing,fixing and fastening the flexible cable on the satellite is unknown,the friction force analysis and experimental research on the binding point of the flexible cable are carried out.The equivalent model of the cable bundle bound by nylon cable ties is established,the force on the binding point is analyzed,and the empirical formula for calculating the friction force at the binding point is estab-lished.The formula shows that the friction force is related to the cable bundle diameter,the number of winding cycles of silicone rubber tape,the width of nylon cable ties,and the binding force.The friction force tests of the cable diameter of 5.06 mm,8.02 mm,24.02 mm,38.04 mm under different winding turns of tape were carried out,which was compared with the theoretical calculation value.It is concluded that the calculation accuracy of the theoretical model is more than 95%,which can estimate the actual friction force value accurately.This provides a reference and basis for the theoretical and experimental research on the friction force of the flexible cable binding point on satellite.

环境风载荷下大口径反射面天线波束指向分析

大口径反射面天线是深空探测、卫星通信的关键设备。为了不断提高观测性能,天线口径不断增大,进而对天线指向精度的要求越来越高。随着天线口径的增大,天线的刚度降低、迎风面积增大,这会导致天线的柔性变形严重,性能难以保证。为探究环境风载荷下大口径反射面天线的柔性变形对电性能的影响,提出了一种天线波束指向分析模型。首先,利用计算流体力学方法对天线表面的风压分布情况进行了数值模拟,得到了天线表面的风压系数。然后,利用风压系数与风速无关的特性,分析了不同风速工况下天线结构变形的规律。最后,根据天线结构变形的特点,分析了天线在不同工作状态下的增益损失、指向偏差等的变化规律。结果表明,所提出的模型可以快速评估大口径反射面天线在风载荷下的变形情况和波束指向特性,这为后续的天线抗风结构设计与系统控制研究提供了理论指导。

考虑配电网灵活性的分布鲁棒优化调度

针对新能源占比不断增加导致的配电网线路过载和灵活性不足问题,提出一种考虑配电网灵活性的分布鲁棒优化调度方法。首先,考虑节点灵活性资源的功率支撑作用、网络灵活性资源智能软开关的系统潮流优化,提高配电网灵活运行能力;其次,考虑供需平衡和功率传输能力提出了灵活性裕度和线路容量裕度灵活性评价指标;然后,以灵活性裕度、线路容量裕度最优和运行成本最小为目标,构建基于数据驱动的两阶段分布鲁棒优化模型,通过列与约束生成算法对模型求解。最后,通过算例仿真验证了所提模型对提升配电网经济灵活运行的有效性。

计及SOP参数优化的柔性配电网风险评估方法

为分析智能软开关(soft open point,SOP)连续调节能力对柔性配电网(flexible distribution network,FDN)风险的影响。首先,实现基于三点估计的FDN风险评估方法;采用三点估计法结合交直流交替迭代法和Gram-Charlier级数展开法进行FDN概率潮流计算,获得节点电压与支路有功功率的概率密度函数,使用越限偏移量结合风险偏好型效用函数构建严重度函数,根据风险评估理论建立并计算风险评估指标。其次,在此基础上,提出一种计及SOP参数优化的FDN风险评估方法;以系统总风险最低为目标,建立计及SOP参数优化的FDN风险评估模型,采用粒子群优化算法结合基于三点估计的FDN风险评估方法对其进行求解,用得到的结果去配置SOP,并对此FDN进行风险评估。以3个IEEE 33节点网络通过三端口SOP互联形成的FDN为例,验证了所提风险评估方法的有效性,分析了SOP连续调节能力以及不同接入位置对FDN风险的影响。

自由节点差分法寻点策略研究及验证

混合网格具有良好的贴体性,适用于Navier-Stokes方程的计算,但在网格交界面处需要通过插值进行流场信息交换,而这一过程会引入误差。陈洁等提出了一种适用于无序网格点的自由节点差分计算方法,该方法可对重叠网格交界面流场进行差分计算,无须采用插值方法进行流场信息传递,解决了插值方法引入误差的问题。但该自由节点差分法的计算模板需要从中心点周围的点云中选择网格点构成,不同选点策略对计算结果的影响不同。针对自由节点差分法的选点需求,本文综合考虑角度、正交性、距离等因素,提出了几种不同选点策略,并利用数值实验进行了验证。结果表明,本文提出的选点策略符合自由节点差分法的构造思想,均能获得稳定的收敛解,其中模板点与中心点距离对计算精度影响最大,是选点策略的首要影响因素。

柔性互联输配一体化电网有损潮流的精细化建模及应用

多端柔性互联输配一体化电网内部的运行方式复杂、网损特性差异显著,导致传统一刀切的网损补偿方法难以准确刻画网损的实际情况,影响了输(配)电交直流有损潮流模型的应用潜力和输配边界潮流的一致性。为此,该文提出一种基于双层定点迭代的精细化有损潮流模型。针对网损补偿方法不准确的问题,综合考虑网络类型、数据属性和物理特征等因素,为输、配电网及交、直流电网的精准有损潮流分析建立了差异化的网损补偿模型。针对输配边界潮流的不一致问题,将输配一体化有损潮流建模为一个双层定点迭代问题,并采用主从分裂法实现协同求解。在多个算例中分析了不同有损潮流模型的性能差异及其原因,讨论了所提模型在求解精度、收敛速度和计算效率等方面的优势,验证了所提模型在不同控制方式和优化目标下的鲁棒性和通用性。

实测数据驱动的挖掘机工作装置疲劳寿命预测

以某型挖掘机为研究对象,建立其工作装置刚柔耦合动力学模型,基于实测油缸位移数据驱动该模型,得到其主要性能参数和典型工况危险部位应力.根据强度理论、动力学仿真结果和工程经验,分析挖掘机动臂和斗杆的易开裂部位,得到典型焊缝高危点,并通过实测应力应变数据进行验证.以刚柔耦合动力学仿真所得的铰点载荷作为输入,利用nCode疲劳分析软件仿真预测挖掘机动臂和斗杆的疲劳寿命.结果表明,实测数据驱动的刚柔耦合动力学仿真可以准确获取挖掘机实际挖掘过程的动力学特性,基于该仿真模型提取铰点载荷并用于预测疲劳寿命的方法切实可行.

轮轨激励下含局部缺陷的高速列车轴箱轴承动力学仿真分析

轴箱轴承是高速列车走行部中的关键旋转部件,在复杂轮轨激励的作用下容易出现由疲劳、过载等原因导致的失效,影响列车的行车安全.采用UM/Simulink联合仿真的方式,建立了含局部缺陷的轴箱轴承-柔性轴箱-车辆系统耦合动力学模型,研究了不同工况下轴承外圈、内圈和滚子存在单一局部缺陷时系统的动力学响应,分析了轨道不平顺、车轮失圆等轮轨激励对轴箱轴承故障响应的影响.此外,通过对轴箱箱体及轴箱转臂的振动响应进行对比分析,确定了轴箱上提取故障冲击响应的最佳测点位置.相关结果对于指导高速列车轴箱轴承的状态监测和故障诊断具有一定的工程应用价值.

考虑配电网灵活性不足风险的分布鲁棒低碳优化调度

双碳目标下高占比可再生能源接入配电网,其不确定性导致配电网灵活性需求剧增。为提高配电网灵活运行能力,减少碳排放,提出考虑配电网灵活性不足风险的分布鲁棒低碳优化调度方法。首先,考虑智能储能软开关作为网络灵活性资源,以减少线路阻塞并提高节点灵活性资源网络互济水平。引入功率传输分布因子表征灵活性供需在线路上的传输情况,提出资源灵活性裕度指标和线路容量裕度指标,评估配电网灵活性。其次,基于条件风险价值理论,推导出当资源-线路裕度不足时给配电网造成的灵活性不足风险。然后,考虑风光出力的不确定性与相关性,运用Frank-Copula函数生成风光出力场景,采用改进的KL散度构造概率分布模糊集。以综合运行成本最低为目标,建立分布鲁棒优化调度模型,采用列与约束生成算法求解。最后,通过算例验证表明,智能储能软开关的加入减少了线路阻塞的情况,所提方法能够减少配电网碳排放和灵活性不足风险。

薄壁四点接触球轴承-腕部关节系统接触动力学分析

在机器人实际工况中,针对含有薄壁四点接触球轴承的机器人腕部关节系统的运动稳定性问题,对腕部系统模型进行了简化设计和仿真研究。在考虑薄壁结构的弹性变形和动态接触作用耦合影响的基础上,建立了刚柔耦合工业机器人腕部关节系统模型,分析了不同受载工况和正反转驱动下的变形规律和动态特性。首先,基于多体动力学和Hertz接触理论,设计了包含薄壁四点接触球轴承和中空轴及基座的腕部关节系统刚柔耦合接触动力学仿真模型;然后,考虑薄壁中空轴、基座、轴承套圈和保持架的结构弹性变形、钢球和套圈滚道、保持架的动态接触作用,研究了机器人腕部关节系统两种实际工况对保持架和钢球角速度、保持架和薄壁基座振动位移、钢球与套圈的动态接触力的影响;最后,计算分析了两种工况下腕部关节系统的动态载荷规律和振动响应特性。研究结果表明:在相对较大的径向载荷作用下,保持架和钢球会出现打滑现象,速度呈现周期波动,保持架和基座具有更好的运动稳定性,其薄壁轴承内部载荷降低,主副接触对均承担联合载荷,轴承内部载荷稳定性也更好。该仿真模型及结果可以为薄壁腕部关节系统的动力学分析与设计提供参考。

计及灵活性资源的分布式多微网配电系统定价策略

针对含灵活性资源的多微网配电系统,提出一种基于动态非合作博弈的多微网配电系统定价策略,以引导用户侧调整用电方式实现系统经济运行。提出一种双层不动点映射算法:在内层,分别建立微网和配电网的凸优化模型,采用交替方向乘子法对模型进行分布式求解,进而确定电网最优定价策略;在外层,建立灵活性资源用户响应模型,用户根据内层的定价策略调整原有需求量。引入不动点定理解释该博弈问题,并证明其均衡解的存在性、唯一性和收敛性。算例仿真结果验证了所提策略的适用性与有效性。

基于托里拆利点的柔性互联装置直流电压波动抑制策略

针对柔性互联装置交流电网三相不平衡引发直流侧电压波动的问题,提出一种基于托里拆利点的柔性互联装置直流电压波动抑制策略。首先,通过定义三相不平衡不对称故障系统电压三角形托里拆利点为“新中性点”,将传统三相坐标系下的电压幅值不对称、相角漂移的故障转化为托里拆利点坐标系下的电压幅值故障;其次,通过分析系统三相功率有功功率振荡、直流波动之间的关系,建立新型控制策略,通过抑制有功功率二倍频分量波动,有效抑制系统直流母线电压波动。最后,基于Matlab/Simulink搭建仿真模型,验证了所提方法的正确性。

考虑柔性负荷接入的E-SOP与网架协同规划方法

针对传统的配电网规划方法对柔性负荷的考虑缺失而导致灵活性不足的问题,提出一种考虑柔性负荷接入的储能-智能软开关网架协同规划方法。首先,对可转移与可削减柔性负荷的不确定性进行建模分析,采用蒙特卡罗抽样实现电动汽车等柔性负荷的功率特性精细化模拟;其次,充分考虑分布式电源和柔性负荷的时序特性,构建考虑柔性负荷接入的储能-智能软开关与网架协同规划模型;最后,以改进的IEEE33节点系统为例验证所提模型和方法可有效提高新型配电网规划的灵活性。

基于TRIZ理论的薄板类零件三维扫描检测方案优化

为解决薄板类零件三维扫描检测过程中整体数据获取困难、效率低且无法模拟实际工况测量的问题,本文基于TRIZ创新理论对薄板类零件的三维扫描检测方案进行了优化。对现有问题进行分析后,利用因果链分析、九屏图法、技术矛盾等方法,结合薄板类零件的扫描实际流程,最终设计了多支点柔性夹具,并优化了三维扫描检测过程。以汽车钣金件为例,对优化方案进行了验证,为薄板类零件的质量检测提供了一种新的高效精准的检测方法。

镓基低熔点合金复合材料研究进展

近年来,镓基低熔点合金或镓基液态金属复合材料显示出非常广阔的应用前景,镓基低熔点合金在室温下兼具液体的流动性和金属性,其双重特性提供了复合材料的多样性。本文综述了镓基低熔点合金及其复合材料的发展背景,说明了其复合材料的制备、性能及应用,总结和讨论了镓基低熔点合金复合材料与金属或非金属材料复合的方法和机理,介绍了室温镓基液态金属复合材料在智能传感电子皮肤、印刷技术和热界面材料等多个领域的最新研究进展。最后,展望了镓基低熔点合金复合材料的未来发展,为其进一步研究、应用与发展提供了强有力的支持。

考虑多种故障场景的柔性互联低压配电网故障恢复方法

针对多变压器柔性互联台区变压器N-1、N-2故障的场景,提出了多设备协调的故障恢复方法。首先,梳理了变压器N-1、N-2故障场景的特点和各场景下配电站内的母联开关和台区间互联的SOP协调的故障恢复流程;其次,考虑网络运行约束、故障恢复过程中设备能力约束等,建立了以负荷加权恢复量最大为目标的柔性互联配电网故障恢复模型,并将其转化为二阶锥求解;最后,在21节点+21节点柔性互联的典型低压配电网拓扑中验证了所提方法的效果,证明了其可以有效提升变压器故障后重要负荷保供电的能力。

柔度法测算三点弯曲试样疲劳裂纹长度的影响因素

使用柔度法对不同厚度三点弯曲试样的疲劳裂纹长度进行测算,结合有限元仿真分析方法,研究了试样厚度、柔度函数关系式的适用条件、材料的弹性模量、裂纹前缘弯曲程度、引伸计标距等因素对柔度法测算裂纹长度准确性的影响。结果表明:归一化实际裂纹长度不小于0.3是保证柔度法测算结果准确性的必要条件;用有限元方法模拟平直的贯穿型裂纹,归一化模拟裂纹长度不小于0.3时,柔度函数关系式与模拟结果的吻合程度较高;当试样厚度不大于40 mm时,在柔度函数关系式中使用材料的弹性模量可以获得较为准确的测算结果;随着试样厚度的增加,裂纹前缘圆弧角度增大,裂纹平直度降低,导致测算裂纹长度比实际裂纹长度偏小。

软式消化内窥镜改良生物荧光法非常规监测点清洗质量检测研究

目的:研究通过增加消化内窥镜非常规监测点,全面提高消化内窥镜清洗质量检测能力和质量控制水平。方法:选取2022年9-11月复旦大学附属中山医院内镜中心用于临床检查的160根普通软式消化内窥镜,通过随机抽样法分别采用传统三磷酸腺苷(ATP)生物荧光法检测和改良ATP生物荧光法检测方式进行消化内窥镜清洗质量检测,每种检测方式80根。传统ATP检测方式使用ATP表面测试棒采样内窥镜先端部20 cm处外表面与使用ATP水质测试棒采样从内窥镜先端部收集注入钳子管道内腔的40 ml无菌水进行检测;改良ATP检测方式在传统ATP检测方式的基础上在钳子管道出口内表面增加1个非常规监测点,使用无菌采样拭子对消化内窥镜钳子管道出口5 cm处内表面,由里向外旋转取样进行检测,对比两种检测方式的清洗质量。结果:在传统ATP检测方式检测结果合格的情况下,改良ATP检测方式在非常规监测点发现消化内窥镜清洗质量阳性物。传统ATP检测方式检测不合格检出率为5.00%(4/80),改良ATP检测方式不合格检出率为25.00%(20/80),其差异有统计学意义(x^(2)=12.549,P<0.05)。结论:增加软式消化内窥镜钳子管道出口非常规监测点,能明显地增加消化内窥镜清洗不合格的检出率,有助于提高消化内窥镜清洗质量控制水平。

Multi-Point Forming Technology for Sheet Metal

Multi-point forming (MPF) is an advanced manufacturing technology for three-dimensional sheet metal parts. In this paper, the MPF integrated system is described that can form a variety of part shapes without the need for solid dies, and given only geometry and material information about the desired part. The central component of this system is a pair of matrices of punches, and the desired discrete die surface is constructed by changing the positions of punches though the CAD and control system. The basic MPF process is introduced and the typical application examples show the applicability of the MPF technology. Wrinkle and dimple are the major forming defects in MPF process, numerical simulation is a feasible way to predict forming defects in MPF. In conventional stamping, the mode to form sheet metal with blankholder is an effective way to suppress wrinkling; the same is true in MPF. A MPF press with flexible blankholder was developed, and the forming results indicated the forming stability of this technique. Based on the flexibility of MPF, varying deformation path MPF and sectional MPF were explored that cannot be realized in conventional stamping. By controlling each punch in real-time, a sheet part can be manufactured along a specific forming path. When the path of deformation in MPF is designed properly, forming defects will be avoided completely and lager deformation is achieved. A work piece can be formed section by section though the sectional MPF, and this technique makes it possible to manufacture large size parts in a small MPF press. Some critical experiments were performed that confirmed the validity of two special MPF techniques.