基于分数阶Zener模型的高速铁路扣件动静刚度比限值研究

目前,高速铁路扣件动静刚度比的设计更多的是凭经验进行,且仅针对低频,缺乏可靠的理论基础。基于此,使用能够较好反映黏弹性材料刚度频变特性的分数阶Zener模型,采用编程和Simpack-Simulink联合仿真的方法,首先建立车辆-轨道耦合动力学模型,验证2种方法模拟扣件系统黏弹性特征的正确性和可行性;然后通过修改分数阶Zener模型的松弛时间得到具有不同动静刚度比的扣件模型,以焊缝不平顺与高铁谱作为轨道不平顺激励,分别模拟高铁350 km/h匀速、350 km/h减速和450 km/h减速不同扣件系统动静刚度比条件下列车的运营状态;最后,以动态轮重减载率为限定指标研究不同运营时速下的扣件系统动静刚度比取值范围,讨论扣件静刚度降低对轮重减载率的影响。研究结果表明:列车在减速条件下的动态轮重减载率相较于匀速条件呈现出明显的上升趋势;当列车以350 km/h减速运行时,扣件在过车频率下的动静刚度比不应超过1.7,此时对应的扣件低频(3~5 Hz)动静刚度比为1.34;当列车以450 km/h减速运行时,扣件在过车频率下的动静刚度比建议不超过1.6,此时对应的扣件低频(3~5 Hz)动静刚度比建议不超过1.27;满足钢轨最大位移限值条件下,降低扣件静刚度可为扣件动静刚度比的设计提供更多余量。以上研究可为450 km/h速度运行下的高速铁路轨道刚度设计提供一定的参考。

参外联合激励下非线性Zener系统的减振机理研究

旨在揭示参外联合激励下不同尺度非线性Zener系统的减振机理.以Duffing系统为主系统,引入周期变化的低频参数激励和外激励,通过耦合黏弹性元件,系统变为1.5自由度非线性Zener系统,经过对比系统变化前后时间历程图、相图,发现耦合黏弹性元件后,系统由单一激发态的大幅高频振动转变为激发态和沉寂态共存的簇发振动,且振动幅值大幅降低,减振效果明显.然后分析自治系统的稳定性和分岔情况,利用包络快慢分析法,将参数激励项定义为慢变参数,基于外激励在激励幅值变化范围内存在最值思想,分析了广义自治系统的稳定性、破缺分岔与非自治系统振动行为的密切关系.结果发现,自治系统对非自治系统具有明显的调节作用,具体表现为耦合黏弹性元件后自治系统平衡点稳定性增强,平衡点类型由中心变为稳定焦点,平衡线对系统轨线的吸引力增强,同时多条稳定平衡线限制了非自治系统的振动区域,这些因素是减振的根本原因.另外,基于双参数分岔分析,发现通过调节参数可以控制系统破缺分岔的发生,进而提高系统减振性能.

一种基于改进超弹性Zener模型的高阻尼橡胶隔震支座速度相关性本构模型

目前高阻尼橡胶隔震支座已在土木工程中得到广泛应用,但由于高阻尼橡胶隔震支座的材料组成成分比较复杂,特别是大量阻尼材料的采用导致支座的应力应变关系与其加载速度相关,而目前的支座本构模型很难精确地模拟这种力学特性。因此该文从高阻尼支座的橡胶材料特性出发,提出了一个基于改进超弹性Zener模型的高阻尼支座本构模型,该模型由两个超弹性弹簧和一个非线性阻尼器单元组成,能够精确表达高阻尼支座的速度相关性。在模型中,对超弹性弹簧建立新的应变能函数,并通过附加刚度系数α来模拟高阻尼橡胶材料的初始刚度。通过高阻尼橡胶材料的多步松弛试验和在不同速度下的循环剪切试验来识别模型中的参数。通过支座试验验证了提出的模型,运用基于速度控制的实时子结构试验系统分析了某隔震桥梁在地震作用下的动力反应,并基于试验结果对该文提出的本构模型在隔震结构非线性分析中的准确性进行了验证。

基于Zener-Hollomon因子的Ti40阻燃合金开裂准则研究

采用热模拟压缩试验与有限元分析相结合的方法，对Ti40阻燃合金在温度900～1100℃、应变速率0．01-10s^-1范围内的热变形开裂问题进行了研究。发现Ti40合金的临界开裂变形量目随变形温度和应变速率的变化规律可用一个单变量Zener-Hollomon因子表示，并与1nZ成线性关系。在此基础上，运用冷成形过程广泛采用的Oyane准则对Ti40合金的开裂行为进行了分析。发现Oyane准则能够准确地预测Ti40合金压缩过程中开裂发生在最大臌肚的外表面处，且开裂的临界Cf值随变形温度升高和应变速率降低而增加，与1nZ也成线性关系。由此得到的Ti40合金高温变形下的开裂准则能够更直观地反映变形参数与开裂的临界Cf值之间的关系，为成功地预测Ti40合金高温变形时的开裂提供了有力的依据。

约束凝固枝晶尖端扩散场的 Zener 近似因子

Ｚｅｎｅｒ近似因子是处理约束凝固枝晶尖端扩散场的重要参量．文章从尖端非平衡溶质分配的角度，给出了Ｚｅｎｅｒ近似因子λ的计算公式，指出λ是合金的物理性质及尖端推移速率和界面非平衡效应的综合反映；在此基础上，给出了各种稳态约束枝晶生长模型的适用速率范围，并与实验结果进行了比较．

聚合物应力松弛过程的分数Zener模型

分析了分数Zener模型的应力松弛特征,讨论了Mittag-Leffler函数的收敛性及其数值计算问题.基于遗传算法和共轭梯度法进行最优化参数拟合,用分数Zener模型对两种聚合物的应力松弛过程进行了拟合,结果表明:分数Zener模型可以对具有双拐点的应力松弛过程给出很好的描述.

基于Hertz-Zener理论的声发射颗粒粒径测量

搭建了一套可同时测量碰撞速度和声发射信号的装置,利用宽带声发射传感器高速采集5种不同粒径玻璃微珠碰撞钢板的声发射信号,经Welch算法计算功率谱发现声发射信号均主要集中在50～400kHz频段,且随着粒径增大,频谱分布往低频区域迁移;基于Hertz-Zener理论并引入频谱估算近似式,利用光学互相关法测量碰撞速度,将理论估算频谱和实测信号功率谱作归一化处理后,采用最小二乘法估算出玻璃微珠的粒径,3#(300～400μm)和4#(400～600μm)玻璃微珠的粒径估算结果和CAMSIZER仪器测得值吻合较好,并分析了导致其他粒径估算产生偏差的原因。实验证实了该方法的可行性和有效性,同时为实现颗粒粒径分布测量提供了新思路。

Zener-Hollomon参数对AZ61镁合金热变形行为的影响

利用Gleeble-3500热模拟试验机,对均匀化退火处理后的铸态AZ61镁合金进行了等温热压缩变形实验,研究了合金在变形温度为220℃~380℃、应变速率为0.001 s^(-1)~10 s^(-1)条件下的热变形行为和组织演变特征,并基于双曲正弦模型建立了合金的本构模型。研究了Zener-Hollomon参数对热压缩变形组织演变的影响规律,揭示了高Z值、中等Z值和低Z值对应参数条件下的变形合金呈现不同的组织形貌特征,并阐明了随Z参数的逐渐减小,变形组织逐渐由失稳组织、不完全动态再结晶组织转变为粗化的完全动态再结晶组织,确定了合理的热成形工艺参数区间对应的lnZ数值范围为22.17~29.25。

Landau-Zener模型中纠缠演化及转移的研究

研究了受外场驱动的两个二能级系统分别与两个单模量子化光场相互作用模型中纠缠演化及转移问题。该工作主要对外场驱动的Landau-Zener模型进行了研究,采用旋转波近似的方法,通过数值计算详细分析了二能级系统初始状态、能级间的耦合常数以及驱动外场的参数对子系统间纠缠和转移特性的影响。结果表明,适当调节模型中的参数,可以使系统初始纠缠完全转移为光腔场间的纠缠,实现二能级系统与光场间的最大纠缠转移。

7050铝合金修正本构模型及Zener-Hollomon参数演化

依据等温热压缩结果,研究了均匀化7050铝合金在变形温度为300~450℃、应变速率为0.001~1 s^(-1)及应变量为0.9下的变形行为。提出了一种考虑变形条件与材料参数耦合关系的修正Arrhenius本构模型。结果表明,该修正本构模型的平均绝对百分比误差和均方根误差分别为2.093%和1.983 MPa,说明该修正本构模型的预测精度较高。此外,由修正模型计算得到的拓展值与实验获得的真应力-真应变曲线的变化规律一致,也证明了修正本构模型具有较好的精确度与扩展性。最后,根据修正本构模型计算了7050铝合金在不同变形条件下的变形激活能Q和Zener-Hollomon参数(Z参数),分析了Z参数对变形组织的影响,结果表明,ln Z随变形温度和应变速率的增加而降低,并且随着ln Z的降低,其变形微观组织形态由动态回复逐渐转变为动态再结晶。

Ti-IF钢750-850℃变形的Zener-Hollomon参数方程

通过THERMECMASTOR-Z热模拟机对成分（％）为0．009C、0．047Ti的Ti-IF钢进行750～850℃变形速率1～70s^-1的单道次压缩变形试验。从不同变形温度和速度下所得应力-应变曲线表明，随变形速率和应变的增加，流动应力增大，但在实验温度范围内，变形温度对流动应力的影响不显著。该Ti—IF钢的Zener-Hollomon参数Z与变形速率ε和变形温度T的关系为：Z=εexp（42150／T）。

基于分数Zener模型的植物油纸绝缘状态评估

介电响应理论的频域介电谱法可以有效地判断变压器的绝缘状况,因此为了量化研究植物油纸绝缘老化与频域介电谱的关系,本文引入分数元和分数微积分概念,提出了采用分数Zener模型提取植物油纸绝缘频域介电谱特征量的辨识方法。该方法能直接反映出油纸绝缘频域介电谱携带的信息,利用实验获取的复介电常数值求取分数Zener模型参数,即采用最小二乘法建立优化目标函数,并运用遗传算法求解模型参数,同时利用粒子群算法对其进行验证,得到特征量:形状参数β、参数εb、松弛时间τ,最后对计算结果重构。研究结果表明仿真结果与测量数据具有一致性,且低频段拟合度更高,建立的模型是可行的;得到的形状参数β、松弛时间τ与油中酸值呈指数函数关系,参数εb与油中酸值呈线性关系,因此,为评估植物油纸绝缘系统绝缘状态提供了一种新思路。

Fe_(57)Al_(43)合金中的Zener弛豫

考察了Fe57Al43合金的内耗特征。对于空冷和炉冷的样品,在520℃左右观察到一个弛豫型内耗峰,该峰在升降温测量过程中都能出现。根据该内耗峰的激活能,该峰可归因为Zener弛豫,产生于Fe-Al合金中Al原子对的重新取向。

物理冶金学中与Zener相关的几个概念

美国理论物理学家Zener是物理冶金学中非常重要的代表性人物,研究领域涉及磁学、铁磁性、扩散、断裂、内耗、热电性、优化运算等。他的一生硕果累累,每个概念都有其产生的背景与历史根源。以他的名字命名的现象有:Zener二极管、Zener钉扎、Zener-Hollomon参数等。回顾这些历史,结合我国材料科学研究前沿领域的应用对提升读者国际化视野有着重要的意义。

Rosen-Zener模型的超绝热量子控制

研究了Rosen-Zener模型的超绝热量子调控问题.通过引入了一个附加场强度参数,讨论了附加场大小对绝热过程的影响.同时分析了该方法对其它外场参数的鲁棒性.另外,定义了瞬时保真度,检验了这种方法的有效性.结果表明,只要选择合适的附加场,系统在演化过程中的每一时刻,都能实现绝热跟随,整个演化过程具有快速性、高保真度和参数鲁棒性.

费米超流气体在快扫描极限下的Rosen-Zener隧穿

研究了快扫描极限下费米超流气体在玻色-爱因斯坦凝聚(BEC)区域、Bardeen-Cooper-Schrieffer(BCS)区域和幺正极限区域的Rosen-Zener隧穿现象,发现散射长度αsc或无量纲相互作用参数y=1/(kFαsc)对量子隧穿效应有显著影响,并且给出一些相应的解析结果,数值解和解析解符合得非常好.

单声子作用下的Landau-Zener隧穿概率研究

采用一种新的完备基矢,通过解薛定谔微分方程对Landau-Zener模型单模情况下的隧穿概率进行求解,再跟Lan-dau-Zener概率公式计算出来的隧穿概率进行比较,计算的结果表明:在耦合强度比较低的情况下,通过解薛定谔微分方程求解出来的隧穿概率比较符合Landau-Zener概率公式计算出来的隧穿概率。

非线性两能级系统中的Landau-Zener-Coulomb跃迁

非线性跃迁动力学的研究是量子操控中的一个重要课题,在原子分子光物理、量子信息以及固体物理等领域都有着重要的应用.本文研究了具有粒子间相互作用两能级系统中的Landau-Zener-Coulomb跃迁动力学.结果表明,对于能级的斜率正负不同的情况,粒子间相互作用对系统跃迁动力学的影响完全不同.为正时,粒子间相互作用总是抑制能级间的非绝热跃迁,且相互作用强度越大,两能级间的非绝热跃迁越难发生.而为负时,弱相互作用会促进能级间的非绝热跃迁,在强相互作用情况下,跃迁概率会出现振荡.随着相互作用强度的增大,振荡幅度逐渐减小,能级间的非绝热跃迁受到抑制.

关于Landau Zener Stucelberg问题的解

对于 Landau Zener Stucelberg问题 ,给出了其级数形式的解析解 ,并讨论了其解的性质 .

Zener-Hollomon参数对Cr4Mo4Ni4V高合金钢热变形行为的影响

依据热模拟压缩实验结果,研究Cr4Mo4Ni4V高合金钢在变形温度为950~1100℃、应变速率为0.001~1 s^(-1)条件下的热变形行为。基于Zener-Hollomon参数(Z参数)建立Arrhenius本构方程,并表征不同应变条件下材料常数(α,n,Q和lnA)的变化规律,证实所建立的本构模型具有较高的预测精度。此外,利用Z参数建立动态再结晶的临界模型,并结合微观组织在热变形中的演化规律,获得Z参数影响微观组织变形机制和软化行为的基本规律。研究结果表明:在高温低应变速率下,材料的流变应力较低,且呈现出明显的动态再结晶特征;在高ln Z(≥45.11)条件下,绝热剪切带和混晶是主要的微观组织形态;而在38.80≤ln Z≤43.40时,微观组织是以动态再结晶的形式发生软化和细化,且随着Z参数的减小,动态再结晶体积分数相应增加;而较小的ln Z(36.49)会导致再结晶晶粒粗化,不利于热加工。据此,获得的相关结论能够为Cr4Mo4Ni4V高合金钢热加工工艺的制定提供参考。