基于Simpack转向架的适配性改进及仿真试验分析

转向架可有效解决传统矿山铁路运输时需卸车—装车—再发车而导致的运输效率低和货损率大的问题,为进一步提升转向架的适配性,需要结合实际运输条件对其进行改进。以E22型转向架为研究对象,基于Simpack软件构建了改进后转向架的模型,并根据相关规范设定了判定标准,重点对转向架在不同工况条件下的轮重减载率、脱轨系数以及轮轴横向力进行仿真分析;结合实践工况对不同工况条件下的脱轨系数和轮重减载率进行试验分析。上述两项结论均满足相关标准要求,可在实际中推广应用。

1000 MW燃煤机组湿法脱硫装置氧化系统运行优化

针对石灰石-石膏湿法烟气脱硫技术应用过程中存在的变负荷变SO_(2)质量浓度条件下氧化风过量、氧化系统运行能耗高的问题,建立基于强制氧化和自然氧化过程机理的脱硫装置氧化过程模型,分析烟气中O_(2)体积分数、气泡直径、液滴粒径、反应增强因子等关键参数对强制氧化率和自然氧化率的影响规律.提出基于脱硫装置氧化过程模型的氧化系统实时运行优化方法,在1000 MW机组脱硫装置上开展工业验证研究.结果表明,模型计算的四价硫变化量均方根误差不超过0.15 mol/m^(3).随着机组负荷在520 MW到1000 MW之间变化,自然氧化率为10%~35%,氧化风需求量为107~360 m^(3)/min.相比于按额定功率运行,氧化系统实时运行优化方法能够在保证脱硫装置氧化率的前提下降低23.7%的能耗.

水平钻井振动减阻器参数优化设计

水平井是开发各类非常规油气资源的主流井型技术,现场实践表明,在钻柱上安装振动减阻器可大幅度降低管柱摩阻,有效缓解钻进过程中的频繁托压问题,有助于提高机械钻速。但是,目前针对减阻工具的优选和使用仍然是基于现场的经验,缺乏有效的理论方法指导。为此,首先建立了带振动减阻工具的钻柱动力学模型,揭示了不同振动减阻参数下的减阻规律。然后以提高减阻效率为目标,结合振动传播距离模型与反扭矩作用距离模型,并考虑钻柱疲劳失效以及水力能量损失等约束条件,建立了振动减阻工具激励参数与安装参数的优化设计方法。研究结果表明:(1)减阻器激励力幅值、减阻器的数量和安装间距是影响减阻效率的主要因素;(2)随着减阻器激励力幅值增大和安装数量增多,减阻效率不断提高,多个减阻器振动传播范围相互独立时其减阻效率高于交叉重叠情形;(3)当减阻器激励力幅值过大时,存在管柱疲劳失效的风险,当减阻器数量过多时,存在水力能量损耗过高的风险。结论认为,利用该方法优化减阻器后,减阻效率可由原来的10.2%提高至40.1%,该方法可以有效指导减阻工具激励参数与安装参数优化,有助于支撑长水平井滑动钻进降低管柱摩阻,显著提高钻机机械钻速。

非光滑表面叶片对离心泵水力性能的影响研究

为了提升离心泵的水力性能,分析了BMS叶片对离心泵性能的影响,以及其在不同流量下的减阻率、内部压力、速度以及壁面剪切力,研究了非光滑表面叶片提升泵水力性能的机理。首先,参照螃蟹上壳表面特征,在离心泵叶片上构建了仿生微球结构;然后,基于CFX,采用RNG k-ε湍流模型对其进行了数值模拟,对比分析了光滑表面与仿生微球表面叶片在各流量下的扬程与水力效率,探究了仿生微球表面水力效率增加率与减阻率的关系;最后,分析了不同流量下微球结构对泵内流体压力、速度以及叶片壁面剪切力的影响。研究结果表明:采用仿生微球结构对离心泵扬程提升率最大为2.5%,其中,在0.6倍额定流量处的提升水力效率表现最好,在0.8~1.4倍额定流量处的水力效率略微降低,水力效率增加率与减阻率变化趋势一致;微球结构使流体旋转失速得到了改善,并破坏了流体涡结构,同时,微球结构使流体压力分布更加均匀,叶片壁面剪切力更低。

抗菱刚度对平车性能的影响研究

以出口的某型平车作为分析对象,基于Simpack动力学软件建立动力学模型,在不同的抗菱刚度下,分别对空车和重车的新轮和磨耗轮4种工况进行仿真计算,分析其对平车的动力学性能的影响规律。研究结果表明:抗菱刚度对空车新轮的蛇行运动临界速度影响较小,其他3种工况的蛇行运动临界速度总体上呈现出阶梯状的增长,其中对重车新轮的蛇行运动临界速度影响最大。当抗菱刚度低于1.5 MN·m/rad时,磨耗轮的平稳性较差,尤其是空车磨耗轮的横向平稳性。抗菱刚度对轮重减载率指标和脱轨系数指标的影响很小,抗菱刚度对轮轴横向力指标有很大的影响。

桥梁防船撞设施结构型式优化研究

为了提高通航河道桥梁的安全性,利用钢材和维增强复合材料为主材,设计一种组合套箱桥墩防船撞设施,并对不同结构参数下的防撞效果进行了模拟分析。结果显示:增加钢箱层与FRP套箱层厚度比和竖向板件间距,均有利于防船撞效果,但增加钢板厚度则不利于防船撞效果;当厚度比为5∶5,竖向板件间距为1.2 m,钢板厚度6 mm时,防船撞效果最佳,船撞力折减率可达43.79%。

HDPE圆柱形网箱与圆台形网箱受力变形特性的比较

介绍了一种用于模拟水流作用下网箱受力变形的数值计算模型,并利用海上实测数据对计算模型进行了验证。验证结果表明,网箱锚绳力的计算结果与实测数据十分接近,最大相对误差为7.0%。在此基础上,分别对圆柱形网箱和圆台形网箱在不同配重(GW1=350 kg、GW2=600 kg)和流速(U=0.3～0.9 m/s)条件下所受的水流力以及容积损失率进行了数值计算。结果表明,两种网箱无论在所受的水流力方面还是在变形后保持的网箱容积方面随流速和配重的变化趋势基本一致。圆柱形网箱的容积损失率远大于圆台形网箱的容积损失率,在较小流速(U=0.3 m/s)研究时,圆柱形网箱的容积损失率达到了28%左右,具有较明显的初始变形。圆台形网箱的初始变形很小,具有较好的耐流特性和抗变形能力。

钢轨轧制不平顺对车岔耦合系统垂向动力特性的影响

为分析某18号高速道岔轨道不平顺的产生原因,使用快速傅里叶变换的方法分析其频率分布,道岔转辙器区与辙叉区的钢轨不平顺是钢轨轧制过程中控制精度不足造成的,其主频波长为0.8 m的倍数。基于车辆-道岔耦合系统动力学理论,研究钢轨轧制不平顺对道岔区垂向轮轨力和轮重减载率的影响,并分析不同车辆通过速度条件下最大轮重减载率的变化规律。研究结果表明:车辆以350 km/h的速度通过道岔时,垂向轮轨力变化较为剧烈,其一阶主频为50.51 Hz,与全线轨道不平顺的一阶主频51.27 Hz基本相同,辙叉区最大轮重减载率超过0.8的限值,且持续时间较长,存在脱轨的可能;道岔区钢轨存在轧制不平顺时,车辆速度对最大轮重减载率影响较为显著,为保证轮重减载率不超过0.8的限值,车辆通过高速道岔时理论上应限速160 km/h,当不存在钢轨轧制不平顺时,车辆速度对最大轮重减载率的影响较小。

计算中子增殖率的时间强迫碰撞方法

为获得更多粒子在特定时间步内的碰撞信息,给出3种解决介质非均匀的时间强迫碰撞抽样方法:离散化抽样方法,强截面抽样方法和均匀时间抽样方法.将强迫碰撞方法由只适合在各自均匀的几何区域内分别强迫碰撞,扩展为也适合在特定时间步内中子可能经过任意非均匀介质的强迫碰撞.通过一个简单的增殖系统的中子增殖率计算问题,对时间强迫碰撞的3种方法和直接模拟方法进行了计算比较.结果表明,3种时间强迫碰撞方法的效率相差不大,但明显优于直接模拟方法,当步长从2×10-5缩至10-6μs,FOM(计算效率或称优度)约高出2至4个量级.

工艺因素对铜-铝-铜复合板界面结合的影响

为了减轻导电材料的结构质量,在铝板两侧放置铜带制备出一种铜铝铜复合结构,采用冷轧工艺进行轧制成形.系统研究了轧制压下率和轧前表面处理对轧制复合效果的影响,对铜铝铜复合板结合界面进行了观察,分析了退火对结合界面的影响.结果表明,随着压下率的增加,复合板的剥切力增加.改变铜带厚度时,复合板的剥切力随铜铝厚度比的减小而增大.当铝板厚度为12 mm、铜铝厚度比为0.06时,轧制复合效果最佳.冷轧复合前处理影响因素中,刷拭处理对复合效果影响最大,铜铝软化退火处理次之,酸碱洗处理影响最小.复合板结合界面在轧制后发生了互扩散.在250℃下进行不同时长退火时,复合板中形成了明显的扩散层.当退火时间为50 h时,复合板中出现了两层扩散层,扩散层厚度随退火时间的增加而增加.

超声椭圆振动切削钛合金切削力特性研究

利用超声椭圆振动切削(UEVC)对TC4钛合金切削力特性进行了研究。基于ABAQUS力-热耦合模型分析了超声椭圆振动切削钛合金的瞬态切削过程,模拟在不同切深和切削速度下的瞬态切削情况,提取和对比普通切削(CC)和超声椭圆振动切削的主切削力,进而进行数据处理,分析两者主切削力对比情况和平均主切削力之差的变化。研究分析表明:在椭圆振动切削下,切削力减小比率随着切深的增加而减小,随着切削速度的增大而增大。最后进行试验验证,实验结论与仿真结果一致。对超声振动切削难加工材料钛合金时切削用量的选择提供了参考。

压下率对AZ31B镁合金管材纵连轧力能参数的影响

基于Deform-3D有限元软件建立了AZ31B镁合金管材纵连轧有限元模型,模拟分析了压下率对轧制力及轧制力矩的影响规律,同时通过试验验证了模型可靠性。结果表明:镁合金管材在稳定区的纵连轧轧制力、轧制力矩均与压下率呈正相关;第二机架所受轧制力在管材被抛出第一机架时明显增大,当压下率为20%及30%时,第三机架所受轧制力矩较第二机架大。

基于帧时隙的RFID系统迫零预编码防碰撞算法研究

文章针对RFID系统识别标签数量大量增多时,帧时隙ALOHA算法可能出现标签识别率降低和标签"饿死"等问题,提出一种基于帧时隙的迫零预编码算法。通过预编码技术使标签在发送之前提前编码,从而减少标签在传输或接收过程中发生误码或碰撞的情况。仿真结果表明,该算法提高了标签识别率和稳定性。当标签总数为1000时,文章算法的标签识别率为0.7左右,比ISE-BS算法提高了约83%,比DGBT算法提高了约20%,比FSA算法提高了约300%。

局部平顶型不平顺激扰下的轮轨动力分析

通过MATLAB软件模拟平顶型不平顺,作为机车模型的外部激扰输入,根据机车动力学理论,以机车轮轨动力指标为依据,运用SIMPACK多体动力学仿真软件,分析了小跨度桥的局部平顶型不平顺的幅值A、与不平顺波长相关的系数K和平顶长度L对轮轨系统动力性能的影响,给出了80-160 km/h速度下,轮轨垂向力、轮重减载率等重要指标,确定出危险速度。仿真结果表明,平顶型不平顺的幅值A和不平顺的系数K的增大,对机车的轮轨垂向力最大值和轮重减载率最大值都有不同程度的影响;但平顶长度L对机车的轮轨垂向力最大值和轮重减载率最大值几乎没有影响。

面向上颌骨骨折复位手术的虚拟系统设计

基于3D计算机触觉视觉交互(CHAI3D)和开放图形库(Open GL)等开源软件,设计了针对上颌骨复位手术的仿真系统。使用真实病例的CT图像搭建虚拟场景,通过Geomagic力反馈设备对虚拟模型进行三维操作并输出触觉反馈。在原有单点碰撞算法的基础上,提出了使用多个中介代理的多点碰撞算法,避免了虚拟手术工具的手柄插入虚拟器官的不实仿真;通过力反馈设备对头颅骨模型进行选择、移动和旋转,模拟手术中对头颅骨的移动和放置。系统可用于训练医学院学生,也可用于复杂手术的术前规划。

基于TRB技术的车身减量化设计与优化分析

连续变截面薄板(Tailor Rolled Blank,TRB)是新型的厚度连续变化的板材,它是实现轻量化的有效途径之一。基于TRB技术,结合车身碰撞力的传递路径及载荷流的合理分布的设计方法,以某款SUV车侧面碰撞中的主要关重件为例,对其结构进行优化设计。研究表明:应用新型TRB板材,在侧面碰撞过程中降低了整车的变形和胸部以及骨盆处侵入速度峰值,保证在耐撞性不减的前提下,整车质量减轻了5.5 kg,零件数量减少了5个。相应地也减少焊接工艺、生产工序,同时实现耐撞性和减量化的双重目标。

风力和空气相对湿度对不同强度等级混凝土浇筑后性能的影响

本文就常温情况下风力和空气相对湿度(RH)对C30、C40、C50、C80和C120强度等级混凝土的失水率、强度损失率及收缩率等性能的影响进行了研究。结果表明:(1)相同风力情况下,随着混凝土强度等级的提高,水分蒸发率降低;如风力为6级时,C30混凝土水分3d蒸发率为26.6%,而C120混凝土水分3d蒸发率仅为8.0%;(2)无风及室温情况下,随养护环境相对湿度(RH)降低,混凝土抗压强度降低率增加,而且强度等级高的混凝土其强度降低率更大;(3)无风及室温情况下,随养护环境RH降低,混凝土的收缩率增大,而且强度等级高的混凝土其收缩率增加值越大。基于此,对不同强度等级混凝土提出了区别化对待措施。

转筒式钢⁃复合材料套箱防船撞性能研究

转筒式钢⁃复合材料套箱是一种新型防船撞设施。采用PATRAN软件建立该新型防船撞设施及船舶的精细化有限元模型,并采用LS⁃DYNA软件进行动力响应分析,基于“分层耗能”的优化思想对该新型防船撞设施进行参数优化,并设置了船舶正撞和15°斜撞两种对比计算工况,选用3000DWT典型代表船舶以4.0 m/s初速度进行数值仿真计算。结果表明:套箱内部竖向和横向板件布置间距为0.8 m、钢板厚度为8 mm时,套箱的船撞力折减率为47.3%,损伤变形量为1.42 m,综合防船撞性能比其他布置形式更优;设置外层护舷层和中间钢结构层不同的厚度比例计算工况,当两者厚度比例为1∶1时,套箱的船撞力折减率为48.9%、损伤变形量为1.27 m、总造价为185万元,在总造价最低的同时其防船撞性能最优;碰撞结束后,正撞工况下船舶的初始动能全部转化为其它形式的能量,而斜撞工况下仍有50%左右的初始动能停留在船舶上、船舶可继续航行,碰撞造成的船艏损伤变形量分别为3.8、0.4 m,则该新型防船撞设施能通过自身旋转拨转船头,大大降低了碰撞造成的船艏损伤程度。

低合金高强钢平整延伸率的控制与屈服平台的消除

针对低合金高强钢HC340LA,研究了平整延伸率对材料屈服平台的影响以及平整轧制力和速度、工作辊工艺对平整延伸率的影响。研究发现,提高平整延伸率是消除低合金高强钢屈服平台最有效的方式之一,而提高平整轧制力、降低平整速度、选用小辊径电容毛化方式的工作辊是提高平整延伸率较为有效的方式。

转筒式防撞设施防船撞性能研究

为探究转筒式防撞设施的防船撞性能,本文采用PATRAN软件建立转筒式防撞设施及船舶的精细化数值计算模型,并采用LS-DYNA软件进行显式动力响应分析,研究了船舶吨位、撞击速度及碰撞角度对三种材料形式的转筒式防撞套箱防船撞性能的影响。结果表明:复合材料套箱在船撞力折减效果及船艏保护方面的性能要显著优于钢套箱和钢-复合材料套箱;对于不同吨位、速度的船舶撞击,船舶吨位越大、速度越快,三种材料形式的防撞套箱均表现出更好的防船撞性能;碰撞结束后,正撞计算工况的船舶初始动能全部转化为其它形式的能量,而15°和30°斜撞计算工况仍有40%~50%的初始动能停留在船舶上,碰撞结束后船舶可继续航行。