均载组合式小轮径货车转向架车轮型面优化设计研究

小轮径转向架技术是驼背运输车辆的关键技术,小轮径低地板驮背车车轮型面磨耗问题严重,对其动力学性能造成严重影响,为了进一步提升其服役性能,对小轮径低地板驮背车车轮型面进行优化设计。首先建立小轮径低地板驮背车动力学模型,然后利用轮径差反向设计方法对车轮型面进行优化,最后利用车辆动力学模型对优化后型面的车辆动力学性能和磨耗特性进行验证分析。结果表明,优化后型面进一步降低了车轮等效锥度,同时减小了轮轨法向接触应力。通过对比优化前后动力学特性,优化后车轮型面有效提升了空重车状态下的临界速度,空车临界速度较LM踏面提高23.3%,重车临界速度较LM踏面增大17.54%。同时优化后型面有效提升了车辆的平稳性和曲线通过性能,最后利用车轮磨耗模型计算了直线段和曲线段的车轮磨耗,优化后曲线外侧车轮磨耗最大深度减小54.8%,曲线内侧车轮磨耗最大深度减小48.13%,型面优化可以有效减小小轮径低地板驮背车直线段和曲线段的车轮磨耗,为抑制车轮磨耗,提升服役性能具有重要作用。

不同比例轮轨参数组合下钢轨磨耗演化及型面优化研究

文章研究实际小半径曲线上钢轨磨耗演化规律,设置车辆行驶速度、摩擦系数及车轮踏面类型按比例组合并分析对钢轨磨耗的影响。运用非均匀有理B样条曲线(Non Uniform Rational B-Spline,NURBS)构建钢轨参数化模型,并训练样本且基于神经网络(RBF)代理模型搭建以轮轨接触斑面积均方根ARMS和接触角差Δδ为目标函数的多目标优化模型。研究结果表明:左轨磨耗表现为侧磨,且磨耗量与通过总重线性相关;右轨磨耗表现为垂直磨耗,磨耗量也与通过重量呈线性相关;优化型面Opt1在接触斑面积均方根ARMS和接触角差Δδ两方面较原始型面均有所改善,且Opt1型面轮轨接触点分布更均匀,磨耗指数及动力学性能均有较好的改善。

以圆弧参数为设计变量的车轮型面优化数学模型研究

在分析圆弧型车轮型面几何特点的基础上,提出用4段圆弧描述车轮型面与钢轨的接触部分。以4段圆弧中两端圆弧的半径和两中间圆弧的圆心坐标为设计变量,以轮轨磨耗、临界速度和轮轨横向力为目标函数,以满足对最大接触应力、脱轨系数、滚动疲劳因子、临界速度和轮轨横向力的要求为约束条件,建立圆弧型车轮型面多目标优化模型。以欧洲时速200km标准铁路客车为例,采用给出的车轮型面多目标优化模型对其车轮型面进行优化。结果表明:车轮型面经1次优化的车辆运行在半径为3 000m的曲线线路上时一位轮对车轮的总磨耗指数下降约15%,但车辆的临界速度仅为75m.s-1;通过调整设计变量的取值范围,进行车轮型面优化,得到最优车轮型面Wheel_Opt,采用此车轮型面的车辆在同样线路上一位轮对车轮的总磨耗指数下降约12%,临界速度提高至105.9m.s-1。

基于NURBS的三维轴流压气机叶片的几何型面优化研究

应用NURBS建立了三维轴流压气机叶片的几何型面优化模型,将叶片的气动性能参数与NURBS形状控制权因子关联,形成一套优化判断准则。通过对某型轴流压气机静子叶片优化设计的实例验证,对比研究了优化前后叶片气动性能的差异,证实了该方法可以灵活快速地优化叶片的几何型面,以满足气动性能的需求,具有较好的工程应用价值。

塞式喷管型面优化

为了使塞式喷管发动机的总冲最大 ,利用数值计算方法对塞式喷管型面进行了全飞行过程的优化。详细介绍了优化模型的建立过程及优化的假设与步骤 ,最后给出了典型优化的结果 ,其结果对塞式喷管的型面设计有很大的参考价值。

蠕变时效成形回弹预测及工装型面优化

蠕变时效成形是一种将蠕变成形与时效强化同步进行的成形工艺。由于卸载后工件的回弹量较大,因此回弹的预测和成形工装型面的优化很重要。以LY12的蠕变时效成形为研究对象,对经典蠕变本构方程进行了修正并将其开发为ABAQUS/CREEP子程序。对板材的蠕变时效成形特点进行了模拟研究,建立了LY12的回弹预测函数。试验结果表明:其预测准确性较高。将变偏差调节算法与ABAQUS/CREEP相结合用于某蒙皮的成形工装型面的优化,通过7次迭代,型面精度达到97.9%,结果表明该组合算法优化速度快、精度高。

现代有轨电车槽型钢轨型面优化分析

建立了现代有轨电车槽型钢轨磨耗预测模型,充分地考虑了独立旋转车轮的轮轨耦合效应,与相关文献结果对比验证了模型的有效性,并对现代有轨电车钢轨磨耗特征进行分析。建立了基于增广高斯径向基函数(AGRPF)钢轨优化模型,并采用序列二次规划法(SQP)和多目标优化原理对该模型进行求解。结果表明:钢轨外轨发生磨耗位置在轨距角Y=30 mm部分,内轨发生磨耗位置在轨顶和护轨部分;钢轨优化型面相比初始型面优化效果在15%~30%,可以有效减轻钢轨磨耗尤其侧磨、增大轮轨接触面积和减小轮轨接触应力。研究结果可为有轨电车钢轨选型与维护提供有益参考。

小半径曲线钢轨型面优化对车辆动力学性能的影响研究

钢轨磨耗和滚动接触疲劳等病害会缩短钢轨使用寿命,增加铁路养护成本,甚至会威胁行车安全。为探究钢轨型面优化对车辆动力学性能的影响,建立机车、客车、货车3种车辆动力学模型,对国内某段小半径曲线钢轨型面进行优化设计,基于最小距离搜索法程序比较其轮轨接触关系,运用Simpack软件分析车辆动力学性能的变化。计算结果表明,钢轨型面进行优化后曲线上股接触范围由47 mm减小至28 mm,同时在轨距角处的接触概率明显减少,从而使钢轨侧磨明显减轻,钢轨型面优化后曲线下股轮轨接触点都集中在轨顶,避免钢轨出现满光带现象;钢轨型面优化后,外轨横向力降低3.3%～21.1%,轮轴横向力降低6.9%～21.9%,但轮轨垂向力的变化不明显;钢轨型面优化能减小机车车辆轮重减载率、脱轨系数和磨耗功率,有利于提高列车运行安全性。

基于车轮磨耗和舒适度的CRH3型动车组型面优化研究

随着我国高速列车运营里程不断增大,车辆车轮磨耗日益突出,旅客舒适度近一步降低。车轮磨耗带来的次生问题已经严重影响着我国高速铁路运营的经济性。而这些问题的核心在于轮轨接触关系的变化,该研究在原有车轮型面的基础上,采用了旋转压缩微调法进行车轮型面设计。以车轮踏面磨耗和舒适度为优化目标,采用Kriging代理模型(KSM)和粒子群优化(PSO)算法优化出最优型面。并对优化后型面的轮轨接触特性,动力学特性和车轮磨耗进行仿真分析。结果表明:优化后型面其轮轨接触点分布更加均匀,轮轨最大接触应力进一步减小;同时其临界速度进一步提高,增大了35km/h;在直线和曲线工况下,横向平稳性指标有了进一步降低;优化后型面其轮轨磨耗性能进一步提高,最大磨耗深度减小13.4%。

考虑膜结构应力的索网型面优化方法

在对网状反射面天线进行型面分析时,以往的研究常常将重点放在索网结构的型面精度或索段张力分布的均匀性上,没有考虑薄膜反射面的应力对索网结构的影响。因此,文中根据网状反射面天线的索网和金属丝反射网的结构特点,提出了一种考虑膜结构应力的索网型面优化方法。基于索单元和各向等应力膜单元,建立以索段张力为设计变量、索段张力的上下限值为约束、索段张力均匀性为目标函数的优化模型。编制了相应的找形程序,通过算例证明了该方法的可行性。

小半径曲线钢轨非对称打磨目标型面优化

小半径曲线钢轨非对称打磨能够减少轨头侧磨,增加轮对导向能力,对非对称打磨目标型面优化,能够提高打磨质量,进一步改善轨道车辆通过小半径曲线时的轮轨接触性能和轮对导向能力。利用NURBS曲线构建了基于可调权因子的钢轨非对称打磨区域轨头曲线参数化模型,建立了以轮轨接触性能和轮对曲线通过能力Kriging代理模型为目标函数的非对称打磨目标型面多目标优化模型。采用NSGA-Ⅱ算法对可调权因子进行多目标优化,得到了优化的钢轨非对称打磨目标型面。优化结果表明,车辆的轮轨接触性能和轮对曲线通过能力得到明显改善。

汽车挡风玻璃光学模拟和几何型面优化

由于汽车级玻璃在车辆行驶安全中的重要作用，一般均被列为强制性检查零部件，在国标GB9656-2003．欧盟标准ECE－R43以及德国TL957标准中都有全面要求，而国标中对汽车级玻璃的光学要求没有欧盟和德国标准严格、详细。

基于SAPSO的高速铁路受电弓型面优化

为提高弓网受流质量,减少材料磨耗量,有效改善受电弓滑板磨耗现象,针对高速铁路受电弓型面的设计优化问题,基于Archard磨耗模型搭建了高速铁路受电弓型面磨耗模型,推导得出体积磨损量可以代表碳滑板的磨损程度或者磨损率,根据建立的数学模型得到受电弓磨耗体积公式,将模拟退火算法与粒子群算法相结合,帮助粒子跳出局部最优解,改善粒子全局搜索能力,得到最小体积磨损量以及与其对应的最优解,通过对最优解拟合更新出优化后的受电弓滑板型面。优化后的受电弓磨耗模型型面相对原始型面有更好的共形度,为受电弓滑板型面的优化设计和磨耗提供一种实用的方法和理论依据。

多工况下变推力固体发动机喉栓喷管型面一体化优化设计

喉栓式变推力固体火箭发动机在保留传统固体发动机优点的基础上,实现了推力实时、大范围地主动调节,极大地提高了固体火箭发动机性能。在实现推力调节的同时,喉栓的运动势必会对流场结构造成影响,增大流动损失。为减小喉栓式喷管流动过程中的比冲损失,综合考虑喉栓不同位置条件下的流场结构,以多工况下的平均实际平均比冲为目标函数,基于代理模型对已有喉栓喷管型面进行一体化优化设计。最优拉丁超立方实验设计方法生成初始样本点用于构建Kriging模型,通过非精确采样准则进行序列采样逐步更新代理模型。结果表明,优化后的型面能够有效减弱喉栓头部下游的激波强度,平均实际比冲提高2.13%,验证了多工况下喉栓喷管型面一体化优化设计方法的有效性。

固体火箭发动机特型喷管的型面设计

为了提高发动机的推力,采用双圆弧法设计了固体发动机的特型喷管,利用自动优化平台,集成了参数化建模和喷管流场数值模拟,以发动机推力为优化目标,运用模拟自适应退火算法和序列二次规划算法组合优化策略对喷管内型面进行了气动优化,利用Gambit内部函数解决了参数空间配对问题.优化后,喷管的能量转化率得到了提高,推力提高了3.07%.此方法可用于喷管的实际设计中.

车轮型面圆弧参数及其对轮轨接触和车辆动力学影响研究

在调研国内外高速铁路车轮型面的基础上,采用4段圆弧描述车辆正常运行时车轮与钢轨接触的主要区段,提出表示这些区段的6个圆弧参数,包括4段圆弧的半径(R5,R6,R7,R8)以及中间2段圆弧的圆心横坐标(xR6,xR7)。以CRH380B型高速动车组为例,采用单因素分析方法进行车轮型面圆弧参数对轮轨接触和车辆动力学性能的影响分析。结果表明:R5和R8对轮轨接触和车辆动力学性能的影响很小,R6和xR6对车辆曲线通过性能影响较大,R7和xR7对轮轨接触和车辆直线运行性能影响较大;在进行车轮型面优化设计时,应根据现有的车轮型面参数将R5和R8取为固定值,仅将R6,xR6,R7和xR7作为关键圆弧参数;当其他圆弧参数取默认值时,R7大于475 mm或xR7小于19 mm时名义等效锥度小于0.08,容易产生低锥度晃车,导致临界速度小于200 km·h^-1;为改善目前存在的低锥度晃车问题,应将R7和xR7作为重点优化设计参数。

伞状膜式反射面的型面设计

针对支撑肋、反射膜面及索构成的伞状空间天线反射面,发展了一种新型、高效的型面精度调整以及形态设计的优化分析方法。首先,通过调整索牵引技术调整反射面形状,设计了索的布置方案,并基于支持向量机代理模型和遗传算法优化了调整索的索力值,将反射面型面误差RMS值减小到0. 6 mm以下;其次,充分考虑肋的变形,采用复位平衡法得到了肋的应力分布,通过应力释放获得肋的初始形状,确保肋变形后为反射面形状保持所需形状。

磨耗钢轨经济性打磨型面研究

磨耗钢轨的恢复原型打磨方式极易造成钢轨材料的过度去除,合理的磨耗钢轨打磨型面对于改善列车的轮轨匹配性能、提高列车运行安全及延长钢轨寿命具有重要的意义。基于NURBS曲线理论建立钢轨型面曲线的重构方法,结合钢轨型面特性,选择标准60 kg/m钢轨(CN60)型面曲线上的离散化13个型值点作为设计变量,以减少打磨去除材料和减小脱轨系数为目标,以钢轨型面几何特性和降低钢轨磨耗为约束条件,基于Archard磨耗计算模型,提出货运铁路钢轨经济性打磨型面的设计方法。采用优化算法进行求解,建立轮轨接触模型和车辆-轨道耦合动力学模型进行计算。研究结果表明:设计的Rgri60打磨型面具有良好的轮轨接触特性,与LMa车轮匹配中,轨距角与车轮轮缘部分接触性能变好;与标准轨面打磨方法相比,材料的去除量减少了12.35%;脱轨系数的最大值降低了5.63%。同时,与CN60/LMa轮轨匹配相比,Rgri60/LMa匹配的左右钢轨磨耗分别减少28.19%和33.48%;导向轮对的左右车轮磨耗分别降低11.38%和33.88%。与恢复标准打磨型面方法相比,本文设计的Rgri60打磨型面具有更好的动态特性和缓磨特性。

基于轮轨蠕滑温升的机车车轮踏面优化研究

提出了一种以轮轨蠕滑温升为目标,车辆动力学性能为约束条件的机车车轮踏面优化方法,并通过数值算例分析了影响轮轨摩擦温升的主要因素,表明轮轨接触斑形态与轮轨蠕滑温升及接触应力呈正相关,减小轮轨接触斑纵轴长度能够明显减小轮轨蠕滑温升,缓解车轮踏面剥离。

考虑气体-颗粒两相流效应的火箭发动机喷管参数优化设计

火箭发动机喷管内型面设计是喷管设计中的重要研究课题,是提高喷管效率的关键。采用基于遗传算法的直接优化设计方法对决定喷管内型面的关键参数进行优化,以减少喷管的比冲损失,提高发动机性能。比冲损失的大小通过喷管两相流计算获得,设计了相应的软件自动完成常见喷管的喷管型面优化设计,对现有型号喷管进行优化的计算结果表明,喷管的相对比冲损失可以显著减小。