d^3络合物零场分裂的双自旋-轨道耦合参数模型

建立了三角对称d^3络合物零场分裂的双自旋-轨道耦合参数模型,它包括了经典晶场模型的零场分裂公式所忽略的配体贡献D(ζ_p)以及配体与中心离子相互耦合贡献D(ζ_d,ζ_p)的两部份;讨论了在不同的ζ_p,ζ_d及λ_r的情况下D(ζ_p)及D(ζ_d,ζ_p)的相对大小;指出了在ζ_p.及λ_r较大的情况下双自旋-轨道(so)耦合参数模型才能给出合理的结果;作为该模型的应用,计算了VCl_2和VBr_2的零场分裂,验证了D(ζ_p)对VBr_2的零场分裂是不可忽略的,并给出了与实验一致的结果.

轨道-箱梁耦合振动模型试验设计与验证

为研究基于模型试验的轨道-箱梁耦合振动反演方法,从理论上探讨多层结构层间耦合相似关系,根据弹性力相似律和相似π定律,设计、制作几何相似比为101的轨道-箱梁耦合相似模型,分析轨道板密度和弹性模量、扣件刚度、CA砂浆层刚度等参数对系统相似性的影响。通过模态试验、有限元法验证模型设计的正确性及原型与模型间的相似关系。结果表明,通过模型试验方法,依据模型与原型间的相似关系反演现场不同工况条件下的振动水平;当某一结构层在荷载方向上的几何尺寸远大于其他结构层时,依据弹性力相似律,原型与模型间的耦合相似关系可由箱梁材料参数导出;轨道板密度及弹模变化,对结构前五阶模态影响误差最大为0.033%;在200~500 Hz范围内,扣件刚度、CA砂浆层刚度变化对箱梁振动加速度的最大影响分别为2.542%、4.326%。

基于列车-桥梁耦合振动模型的高温超导磁浮车辆悬挂参数优化

为提高高温超导磁浮车辆在高速运行下的品质,建立了高温超导磁浮列车-桥梁耦合振动模型,分析了桥梁刚度和车辆悬挂参数匹配对车辆系统动力学性能的影响。并通过叠加轨道不平顺谱实现桥梁预拱,分析车辆系统的动力学响应。结果表明:高温超导磁浮车辆在高速运行下,其平稳性对减振器阻尼和桥梁挠跨比的取值较敏感;桥梁挠跨比取1/7752、桥梁挠度取4.1 mm、桥梁预拱量取4 mm时能抵消车辆高速运行过程中桥梁下挠带来的线路不平顺,使车辆动力学性能达到最优。

d^3络合物EPR参量的双自旋－轨道耦合参数模型

提出一个计算三角对称下ｄ３络合物ＥＰＲ参量的双自旋－轨道耦合系数模型，并用于计算ＣｄＩ２：Ｖ２＋的ＥＰＲ参量，结果表明：在共价晶体中，对Ｉ－这类具有大的自旋－轨道耦合系数的配体离子，其对ＥＰＲ参量的贡献不可忽略，经典晶体场模型仅是双自旋－轨道耦合系数模型在一定条件下的近似．用双自旋－轨道耦合系数模型的计算结果与实验观测结果符合．

车辆-轨道空间非线性耦合系统交叉迭代算法及应用

基于有限元法建立了车辆-轨道空间非线性耦合系统动力学模型,提出了将迹线法融入交叉迭代法求解车辆-轨道空间非线性耦合系统动力学的方法。车辆-轨道空间非线性耦合模型包含车辆子系统和轨道子系统,其中车辆子系统为31自由度的整车模型,轨道子系统采用空间梁单元、黏弹性弹簧阻尼元件和三维块体单元模拟,两子系统通过轮轨相互作用实现耦合。轮轨接触几何关系采用“迹线法”与“最小距离法”计算,运用Newmark数值积分交叉求解车辆子系统动力学方程和轨道子系统动力学方程。为验证算法的可行性,进行了算例对比计算。作为应用实例,分析了CRH2高速动车通过CRTSⅡ无砟轨道时引起车辆和轨道结构的动力响应,并选择列车速度和轨道不平顺对车辆-轨道耦合系统动力响应的影响进行了参数分析。计算结果表明,将迹线法融入交叉迭代法求解车辆-轨道空间非线性耦合系统动力问题的算法具有计算精度高、收敛速度快和程序编制容易的特点。

机车-轨道空间耦合动力学模型及其验证

基于车辆 -轨道耦合动力学理论 ,以六轴机车为例 ,建立了机车 -轨道空间耦合动力学模型 ,并编制了相应的计算机仿真软件。通过与实车线路试验结果进行比较 ,表明该模型及其仿真软件是正确可靠的 ,可以用于分析研究机车与轨道的动态相互作用问题 。

基于Timoshenko梁模型的车辆-轨道耦合系统垂向随机振动分析

将钢轨视为无限长Timoshenko梁,由两层弹簧阻尼系统连续支撑,在频域建立车辆-轨道垂向耦合动力学模型。提出采用格林函数法求解钢轨运动偏微分方程,可在较宽频域内得到轨道动力响应避免模态截断频率限制,结合车辆方程求解点导纳及传递导纳,运用虚拟激励法将真实轨道谱激励作为系统输入,求解车辆-轨道系统随机振动响应,并将该弹性轨道与传统刚性轨道、简化弹簧轨道模型结果进行对比。研究结果表明,采用格林函数法求解无限长Timoshenko梁弹性轨道模型可快速实现全频域计算,得到轨道系统频率响应特性。利用虚拟激励法及叠加法,可得到轮轨多点接触工况下的车辆与轨道结构随机振动响应。采用刚性轨道结构模型会导致过高估计车辆结构在高频的振动,整个耦合系统振动响应均对速度较敏感。考虑轨道弹性影响的弹性轨道模型更符合实际,采用格林函数法求解轨道模型较为快速精确。

集总与多体耦合人车模型的振动特性仿真

为了更好地分析车辆行驶时人体的振动情况以及更好地评价人体的动态舒适性,通过COMSOL软件建立了集总参数与多体耦合人-椅-车动力学模型。利用滤波白噪声法建立随机路面时域模型作为人车系统的振动输入,对不同路面等级和车速下的人体振动响应进行时域和频域仿真分析。根据ISO 2631-1:1997(E)计算垂向和纵向人体头部以及臀部的加速度均方根值,以此来评价人体乘坐舒适性。研究结果表明,路面等级越低、车速越高,人体乘坐舒适性越差。提出的集总与多体耦合人-椅-车振动模型可以比较精确地计算出坐姿人体垂向、纵向的振动响应,有助于对车辆乘坐舒适性进行评价。

基于耦合模型的轨道特种车辆悬架参数优化

基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了路轨两用消防车在轨道上行驶的车辆-轨道耦合模型,并与传统轨道车辆模型进行比较,通过实车试验验证了车辆-轨道耦合模型的正确性.在此基础上,采用统一目标函数法对车辆悬架参数进行优化.仿真结果表明,该优化设计方法使得车身加速度均方根值减小了6.26%,次级悬架动行程均方根值减小了5.42%,轮轨力均方根值减小了6.81%,提高了车辆平稳性,降低了悬架行程,削弱了轮轨间动作用力.

液压衬套集总参数模型动态特性液-固耦合有限元分析

以车辆底盘系统中应用最为广泛的新型隔振元件——径向型液压衬套为研究对象,采用双向液-固耦合非线性有限元分析技术辨识液压衬套动力学性能分析的集总参数模型中的主要物理参数,并结合集总参数模型和非线性有限元法计算分析了液压衬套的动态特性。计算结果与实验结果及数值预测结果对比分析表明,有限元分析技术在液压衬套集总参数识别及动力学性能分析方面的可行性和准确性。对于液压阻尼特征产品设计优化,有限元技术是一种高效经济的开发手段。

基于车-轨耦合的轨道特种车辆横向建模及参数优化

基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立了路轨两用消防车在轨道上行驶的车辆-轨道耦合横向模型,并与传统轨道车辆横向模型进行比较,通过实车试验验证了车辆-轨道耦合横向模型的正确性.在此基础上,建立了多目标优化模型,并采用统一目标函数法对轨道行驶系统的悬架参数进行优化.结果表明,该优化设计方法使车身横向加速度均方根值减小了22.22%,轮轨横向作用力均方根值减小了18.63%,提高了车辆横向平稳性,降低了轮轨横向动作用.

基于车辆-轨道耦合动力学的400km/h高速铁路线路平面参数设计研究

为推进我国400km/h等级高速铁路的规划建设和创新发展,本文基于车辆-轨道耦合动力学理论,开展了既有350km/h高速铁路曲线设计参数适应性分析和400km/h高速铁路线路平面参数设计方法研究,揭示了平面参数匹配关系对系统动力学性能的影响规律。研究结果表明:当曲线半径小于7000m时,既有规范的曲线设计参数不再适用;在满足动力学指标和欠/过超高限值要求的条件下,并考虑留有一定的安全裕量,建议400km/h高速铁路曲线半径不应小于7500m;相比于既有欠/过超高设计要求,综合考虑车轨系统动力学性能指标来设计曲线超高具有更宽的合理设置范围。本文通过系统的动力学分析,提出400km/h条件下曲线线路平面参数匹配建议值,并评估了其安全裕量,研究成果可为400km/h高速铁路线路平面设计提供理论参考。

基于多目标优化的高速铁路车辆-轨道-桥梁空间耦合系统模型修正研究

为了提高高速铁路车辆-轨道-桥梁空间耦合系统仿真结果的准确性,提出1种基于多目标优化的模型修正方法。以高速铁路桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道为模型修正对象,建立高速铁路车辆-轨道-桥梁空间耦合系统模型,基于现场实测的轴箱加速度和仿真结果验证模型的可靠性。建立多目标模型修正函数,采用拉丁超立方法对模型参数进行灵敏度分析,获得待修正参数。基于多岛遗传算法,对多目标模型修正函数进行全局寻优,完成模型的修正。结果表明:修正后的仿真模型既能准确地反映轴箱加速度的时域分布特征,又能准确地模拟轨道及桥梁结构的动态响应,因而基于多目标优化的高速铁路车辆-轨道-桥梁空间耦合系统模型修正是有效和可行的。

基于Seed-PCG法的列车-轨道-地基土三维随机振动GPU并行计算方法

为了解决列车-轨道-地基土三维有限元模型随机多样本计算效率低的问题,本文提出了一种基于Seed-PCG法的高效并行计算方法。基于有限元法和虚拟激励法建立轨道不平顺激励下的三维列车-轨道-地基土耦合随机振动分析模型;针对车致地基土随机振动分析产生的多右端项线性方程组求解问题,采用Seed-PCG方法进行求解。通过PCG方法求解种子系统得到的Krylov子空间进行投影,以改进其余线性方程组的初始解和对应的初始残量,有效提高了PCG法的收敛速度,最后,在MATLABCUDA混合平台上开发了并行计算程序。数值算例表明:相同计算平台下的该方法相比多点同步算法获得了104.2倍的加速;相比PCG法逐个求解方案减少了18%的迭代次数,获得了1.21倍的加速。

考虑参数不确定性的列车-桥梁垂向耦合振动的PC-ARMAX代理模型研究

车-桥耦合系统不可避免的受到系统参数不确定性的影响,为了研究车-桥耦合系统参数随机性的影响,提出了可考虑动态时变系统参数不确定性的PC-ARMAX(Polynomial Chaos expansions and AutoRegressive Moving-Average with eXogenous inputs)模型。该模型采用ARMAX模型建立了不同系统参数条件下的代理模型,针对不同系统参数条件下代理模型的参数进行混沌多项式展开。在不考虑随机轨道不平顺影响的条件下,分析了车体质量、二系刚度和阻尼等参数随机性对车-桥响应的影响。研究了轨道不平顺随机性和参数不确定性共同作用的影响。结果表明:该模型的预测结果和蒙特卡洛模拟(MCS)的结果吻合,最大误差仅为2%,计算效率较MCS提高了2个~3个数量级;车体质量参数随机对车辆响应的影响最大,系统参数随机性的影响在车-桥耦合振动分析中是不可忽略,且同时考虑参数不确定性和激励随机性的影响是必要的。

列车-轨道-地基土耦合系统三维随机振动的多GPU并行计算方法

针对列车-轨道-地基土耦合系统随机计算效率低的问题,本文提出了基于多GPU的列车-轨道-地基土随机振动方程的高效并行计算方法。基于OpenMP-CUDA混编技术将虚拟激励法不同频点下的多个线性方程组求解任务分配给多个GPU并行执行;在每块GPU上,采用基于CUDA的预处理共轭梯度法(PCG)并行求解对称正定的等效静力平衡方程。针对耦合系统等效刚度矩阵的稀疏特性,采用行压缩(CSR)格式存储大型稀疏矩阵以节省内存空间。最终通过MATLAB-CUDA混合平台开发并行计算程序,解决了随机振动分析中多个线性方程组串行求解效率低的难题。数值算例表明,基于四GPU节点的多GPU并行算法和单GPU加速PCG算法的计算效率是串行多点同步算法(MPSA)计算效率的22.59倍和3.75倍。

地震波激励下城轨车辆-轨道系统耦合动力特性及预警安全控制参数

为研究地震作用下车辆-轨道系统耦合振动并确定地震报警阈值,选取3类场地在不同振动振幅条件下的15种典型地震波,考虑地震波和轨道不平顺的叠加作用,对建立的车辆-轨道刚柔耦合动力学模型进行激励,分析典型地震波对路基地段车辆运行平稳性、安全性的影响规律及地震预警安全控制参数。结果表明:列车各项动力学指标受运行速度、地震波场地类型的影响较大,但受地震波幅值的影响相对较弱;当车速达到100 km·h^(-1)时,不论地震波的场地类型以及幅值大小,均会出现轮重减载率超限的情况;在幅值不超过100 cm·s^(-2)的地震波作用下,Ⅰ类和Ⅱ类场地均限速80 km·h^(-1)、Ⅲ类场地限速40 km·h^(-1)。综合考虑场地类型、列车运行安全性和平稳性指标,城轨地震报警阈值宜为40 cm·s^(-2)。

结构-尾流振子耦合模型参数识别及桥梁涡激振动预测

为准确预测桥梁涡激振动特征,基于结构-尾流振子耦合模型涡激振动预测方法,分析其动力方程及近似解,针对目前结构-尾流振子耦合模型中较难确定的模型参数(质量参数M、流场“stall”效应参数γ、结构对尾流作用的耦合项参数A和范德珀尔参数ε),提出了基于涡激振动风速~振幅曲线的模型参数识别方法。开展某主梁节段模型风洞试验,依据其实测涡振曲线,采用该方法识别模型参数,并预测不同阻尼比的桥梁涡激振动特征。结果表明:近似解精度与ε相关,ε越小,精度越高;ε越小,提出的模型参数识别方法越能准确识别模型参数;基于风洞试验实测涡激振动风速~振幅曲线识别的结构-尾流振子耦合模型可有效地预测桥梁涡激振动特征。

泥岩流-固-化耦合模型参数的蒙特卡洛估计

泥岩流-固-化耦合模型的研究与应用是正确认识泥岩井壁失稳机制的根本途径之一。化学线弹性本构方程实现了渗流、化学场作用下泥岩变形的表征,而泥岩中渗流及溶质扩散则分别满足Speigler-Kedem模型和Fick第一定律。简化应用了泥岩的流-固-化耦合模型(包括泥岩力学平衡方程、泥岩孔隙流体及溶质质量守恒方程),基于商业有限元软件Comsol Multiphysics,使用有限单元法求解了正向方程,并依据最小二乘准则,应用蒙特卡洛随机搜索方法,根据泥岩渗流、溶质扩散及泥岩单向扩散侧向约束膨胀实验数据,反演求解了模型参数(包括泥岩渗透率、膜效率、溶质扩散系数及膨胀系数)。理论拟合曲线与实验数据结果非常吻合,说明简化后的泥岩流-固-化耦合模型能够有效描述多场耦合环境中泥岩的性质,所建立的模型参数求解方法准确可靠,为流-固-化耦合模型在井壁稳定研究中的推广应用奠定了基础。

基于结构参数不确定的列车-轨道-路基系统耦合振动概率分析

列车荷载作用下有砟轨道-路基耦合系统结构参数的不确定性引起的随机振动对行车安全的影响不可忽略。本文提出了一种基于概率密度演化理论的三维列车-有砟轨道-路基耦合系统随机振动概率仿真分析模型,该模型可同时考虑轨道随机不平顺、道砟层和路基层随机刚度、随机阻尼等耦合效应,为列车-轨道-路基系统随机振动分析提供了一种全新的计算分析方法。采用数论方法对多维随机参数进行代表性离散数组点设计。结果表明,与蒙特卡罗模拟方法相比,概率密度演化模型开展随机振动分析更为准确、高效。基于算例开展了多维随机参数的敏感性分析,系统地评估了不确定结构随机参数的相对重要性,并在此基础上探讨了列车-轨道-路基系统的随机概率演化机制。