列车分布式吸能系统的波传播特性和参数分析

建立了考虑车厢中弹性波传播影响的列车分布式吸能系统的简化理论模型。基于一维应力波理论，对碰撞过程中各吸能器的响应进行了理论分析，得到相关的控制方程并求解。观察到各吸能器界面上典型的阶段性、平台样的速度响应，并分析了其机理，进而对如何合理设置和排布吸能器进行了分析。结果表明:对于相邻的吸能器，碰撞前端吸能器的压垮强度应高于后端，否则后端吸能器无法同时发挥作用；各吸能器的平台应力的大小和排布是决定吸能系统作用效果的控制参量，能够决定各吸能器的吸能时长和吸能总量。具体分析了相邻吸能器的平台应力分布对系统吸能性能的影响，得到了在所研究的情况下使总吸能量最大的优化设计参数。该研究可为列车分布式吸能系统的优化设计提供理论指导。     

汽车保险杠低速碰撞的数值研究

保险杠低速碰撞的研究,对乘员的安全和车身上其它部件的保护具有巨大的意义.针对某一款轿车的保险杠在FMVSS581规范下的4km/h摆锤试验和工程上8km/h摆锤试验进行了数值模拟,分析了保险杠的碰撞特性和吸能情况,及碰撞位置变化的影响.结果表明:在低速碰撞下,此款保险杠呈现出分段刚度特性,具有较好的吸能特性和碰撞特性,下端碰撞中保险杠有明显的扭转变形、刚度减小、刚度分段范围增大,吸能能力减弱.低速碰撞过程中保险杠变形和刚度变化的规律及其吸能特性,为保险杠设计提供了重要的参考价值.     

星形混合多胞管的耐撞性数值与理论研究

为研发轻质高效的能量吸收装置，提出了基于多边形截面与星形截面混合设计的星形混合多胞管。采用数值模拟方法研究了星形混合多胞管在轴向加载条件下的吸能特性和变形模式，并结合简化超折单元理论推导了该管的平均碰撞力理论公式。研究结果表明，星形混合多胞管的多边形截面与星形截面之间产生了协同效应，额外吸收了更多的冲击动能：当多边形边数N=6时，混合截面的协同性最好；当N=8时，该管的能量吸收效率最高。在此基础上，进一步开展了几何参数分析，发现壁厚对于星形混合多胞管的耐撞性有显著的影响，碰撞力水平随着壁厚的增加而线性增长。此外，星形角度的变化对耐撞性的影响相对较小，碰撞荷载效率和比吸能随着星形角度的增加表现出先增大后减小；当星形角度α=120°时，该管拥有最佳的耐撞性。     

考虑车辆高速和低速耐撞性的多目标优化设计

<正>面高速耐撞性设计,需确保车内乘员的人身安全,使车内乘员的人身伤害降到最低;正面低速耐撞性设计,要求尽量减少车辆在碰撞中的损伤,使车辆具有良好的碰撞损伤修复经济性。本文根据上述特点,将车辆的正面高速耐撞性与正面低速耐撞性相结合,并且考虑车身部件的轻量化,提出了一种优化设计方法。该方法将保险杠、吸能盒内外板以及前纵梁内外板五个部件厚度作为优化设计变量,在正面低速碰撞中,以前纵梁吸收的碰撞总能量作为其是否发生较大变形的依据,利用代理模型和遗传算法进行了优化计算。最后,将该方法应用在某一车型的耐撞性设计中。     

两自由度振动系统的斜碰撞分析

研究斜碰撞振动系统动力学的一个关键问题是对系统在碰撞前后的状态进行合理描述和正确计算．针对两弹性体斜碰撞问题，基于瞬间碰撞假设，提出了采用步进冲量来分析和求解斜碰撞前后的状态关系；并以弹簧摆和振子组成的两自由度斜碰撞振动系统为例，具体介绍了该算法如何实现．用解析方法讨论了该系统在斜碰撞过程中可能出现的各种力学现象，将冲量步进算法得到的数值解与解析结果进行对比，取得了完全一致的结果．该数值方法能适应多种斜碰撞问题的计算．     

舱内液体对VLCC舷侧结构碰撞性能的影响

以300kDWT超大型油轮(VLCC)货舱区舷侧结构为研究对象,利用有限元软件MSC.Dytran对 该VLCC在满载和压载工况下的碰撞损伤机理及耐撞性能进行研究,通过对碰撞过程中液货与结构之间的 流-固耦合力、碰撞力、结构变形、结构吸能等进行计算分析,并将这些参数与空载工况下的计算结果进行了对 比分析,阐述舱内液体对结构损伤机理及碰撞性能的影响。研究表明,舱内液货对VLCC舷侧结构碰撞后期 的损伤变形、碰撞力等产生一定影响,对整体碰撞性能影响较小;压载水对结构的损伤机理、耐撞性能均产生 显著影响,结构的变形模式发生明显改变,碰撞力显著增大,系统吸能大幅增加,其耐撞性能显著提高。     

高速公路防撞垫计算模型动力响应的研究

为减少防撞垫传统设计过程中对实车碰撞试验和三维数值仿真分析的依赖,将防撞垫简化为多个串联的吸能元件,并将车辆和吸能元件均简化为弹簧-质量单元。采用多自由度弹簧-质量系统模拟车辆正面碰撞防撞垫的过程,最终得到相应的计算模型。以包含两个吸能元件的防撞垫为研究对象,使用显式动力学软件LS-DYNA对计算模型进行数值分析,并验证了计算模型的准确性。在满足国内乘员安全规范的前提下,对防撞垫计算模型的屈服荷载Py、屈服前刚度kd、屈服后刚度kt、形状系数c进行了研究,完成了1.3t的车辆以60km/h速度正面撞击防撞垫工况下,防撞垫计算模型的动力响应分析。     

列车碰撞被动安全性与司乘人员冲击生物损伤研究进展

尽管铁路客运列车具有系列的主动安全保障措施,但列车服役中的意外碰撞事故仍不能完全避免,并且一旦发生,将造成严重的人员伤亡和巨大的经济损失。随着列车运行速度的不断提高,列车碰撞安全与冲击防护问题愈发受到关注和重视,并已开展了大量的探索和研究。本文中综述了列车碰撞被动安全性与司乘人员冲击生物损伤的若干研究进展。首先,统计和梳理了近些年的列车碰撞事故,分析了典型列车碰撞事故中存活人员的生物损伤分布情况;其次,介绍了列车碰撞被动安全性的研究方法,总结了列车碰撞后的响应姿态与脱轨机理;然后,从车辆耐撞性设计与评价标准、基于多级能量耗散的吸能结构设计、基于碰撞能量管理的列车结构耐撞性设计三个方面,详细阐述了列车碰撞被动安全性的研究进展;最后,关注了司乘人员在列车碰撞过程中的冲击生物损伤,总结了相关减轻司机和乘客生物损伤的防护措施。     

高速列车吸能结构设计和耐撞性分析

建立了高速列车头车的有限元模型,运用有限元软件LS-DYNA模拟了头车碰撞刚性墙的冲击过程。在碰撞发生时,原有设计方案的牵引梁主体的变形以整体屈曲为主,不利于缓冲吸能。在对原设计的耐撞性分析的基础上,建议对原有牵引梁结构加以改进,并在前端增加两组不同尺寸和厚度的带圆角的方管作为缓冲吸能管,考虑了在缓冲管中填充泡沫铝与否,形成了4种设计方案。数值模拟结果表明,与原设计方案相比,新方案的整个头车的吸能量有大幅度提高,刚性墙反力的峰值也有一定程度的降低,采用大的圆角半径的厚管并填充泡沫铝的方案的改进效果最明显。     

增强型喷射器对爆轰波DDT过程的影响

在激波、火焰及射流同时存在的流场中，组织燃烧转爆轰过程是脉冲爆震发动机实现点火、起爆的关键问题。设计一类喷射器，采用C₂H₂/O₂/Ar反应，数值验证了该喷射器能增强爆震室燃料燃烧转爆轰的可行性，并讨论了流场中热点的点火机制。结果显示:该装置在流场中可激发不稳定性，产生漩涡，加速能量、质量的交换。流场产生热点，促进火焰速度加快，追赶前导激波。喷射器位置影响前导激波的运动速度。在一定范围内，前导激波速度越大，碰撞产生的热点越容易激发燃烧转爆轰过程。     

用振动试验方法测定羽毛球拍杆的刚度

将羽毛球拍杆简化为单自由度弹簧质量系统,用振动试验方法测出系统的固有频率,用于计算羽毛球拍杆的抗弯刚度,并以此作为评定羽毛球拍杆软硬度的指标. 振动试验方法方便、准确,可用于代替现行弹性测试法,作为测定羽毛球拍杆软硬度的标准.     

杆—杆型复合挤压过程工件杆部表面裂纹缺陷的预测

采用则塑性有限元法杆－杆型复合挤压过程进行了数值模拟,在此基础上,根据模拟计算得到的变形体内的应力、应变场的变化,采用质点跟踪技术,运动韧性断裂准则,对金属变形产生的式件杆部表面裂纹缺陷进行预测,实验结果表明,数值计算结果与实验相当吻合。此项研究对于中工艺模具提高产品质量方面具有指导性意义。     

Swing-up and positioning control of an inverted wheeled cart pendulum system with chaotic balancing motions

This paper explores the problem of swinging-up an inverted pendulum formed by a rod attached to a wheeled cart with a hanging bob at its opposite end. The system is driven by the wheeled cart platform system, which is formed by a cart, wheels with counterbalance and connecting-rods. The model of the system is initially obtained under the assumption of rolling without slipping of the wheels, which is then verified by computing the reaction forces. The motion of the wheeled cart is initially oscillating, whereas the rod can move freely giving rise to an under-actuated mechanical system. From the harmonic prescribed motion for the wheeled cart, necessary conditions for chaotic rod motion are deduced by means of the Melnikov function. Once the chaotic oscillation has been reached and the rod is close to the upright position, the force over the wheeled cart is commutated to a control law based on the pole-placement plus integrator technique. This procedure allows driving the rod and the wheeled cart system to the upright position and to a prescribed set point respectively. The onset of strange attractors is crucial in the design of the control law, whose performance to obtain rolling without slipping is researched by means of sensitive dependence, power spectral density, Lyapunov exponents and reaction forces. The results of the analytical calculations are verified by full numerical simulations.     

爆轰驱动异形杆在空气阻力作用下的动力学模拟

针对本文中提出的一种异形杆结构设计方案,建立爆轰驱动异形杆动力学模型,利用ANSYS/LS-DYNA对爆轰驱动异形杆的运动过程进行了数值模拟,获得了爆炸作用结束后产生塑性变形的异形杆模型及初速度。爆炸作用后异形杆在空气流场中运动只产生弹性变形,将杆视为柔性体,运用ADAMS软件对异形杆在空气阻力作用下的运动过程进行了数值模拟。分析结果表明,将异形杆视为柔性体,考虑爆轰作用引起的杆条塑性变形这一数值算法能更准确地描述爆轰驱动异形杆在空气阻力作用下的运动规律。     

垂直井筒井液携砂流动规律研究及其在油井生产中的应用

借助自建的实验装置，研究了油井出砂砂粒在流体中的沉降规律，以此为基础提出了井液携砂能力计算模型，然后将这一研究结果与常规有杆泵抽油井生产参数设计方法相结合，提出了有杆泵抽油系统在携砂生产条件下的参数设计方法。     

三峡永久船闸人字门顶枢拉架预应力锚杆张拉

 三峡船闸人字门在国内首次设计用预应力锚杆来固定顶枢拉架， 该固定法与地角螺栓固定法比较，可以改善闸顶面混凝土受力，简化 结构设计，但增加了施工安装与预应力张拉难度. 本文以锚杆张拉的 工艺性实验为基础，优化了加载装置安装工艺及平衡加载控制方法.     

分层有杆抽油系统诊断模型的反问题计算法

建立了分层有杆抽油系统的诊断模型 ,研究了在实心抽油杆与空心抽油杆的界面处空心泵对应力波的影响 ,给出了抽油杆柱不同杆段的波动方程的显示差分格式 ,提出了一种诊断模型的反问题计算法。用此算法可在缺少一个边界条件的情况下求解诊断模型 ,获得抽油系统各个工况下抽油杆柱任意截面的受力状态 ,从而可绘制出分层有杆抽油系统的空心泵示功图和管式泵示功图。将此算法与模式识别技术相结合就可对分层有杆抽油系统的故障进行诊断。     

POST-BUCKLING BEHAVIOR OF A DOUBLE-HINGED ROD UNDER SELF-WEIGHT

Post-buckling phenomena of slender rods have attracted great attention for both theoretical and engineering aspects. In this study, we explored the post-buckling behavior of a slender rod with two hinged ends under its self-weight. We first established the potential energy functional of the system, and then derived the governing differential equations according to the principle of least potential energy. We further addressed the physical meaning of the Lagrange multiplier by analyzing the force equilibrium. A computer code of shooting method was developed by using the commercial software MathCAD, which has proved efficient in computing the post-buckling configurations of the rod. We finally discussed the buckling of an oil sucker rod adopting our numerical results, which will be beneficial to the engineering design.     

反应堆贯穿件J形焊缝残余应力研究1）

焊接残余应力是引起应力腐蚀开裂的主要原因,准确地掌握残余应力的分布是对结构完整性评定的关键.为了探明反应堆压力容器顶盖控制棒驱动机构（control rod drive mechanism,CRDM）贯穿件J形焊缝残余应力的分布,本研究加工两个CRDM贯穿件实验模拟件,采用盲孔法测试两个J形接头的焊接残余应力.通过实验探明了CRDM贯穿件焊缝残余应力的分布规律,为反应堆压力容器结构完整性的研究提供必要参考.     

一种准零刚度系统隔振性能的几何参数优化分析

提出了一种采用菱形连杆组件作为负刚度机构的准零刚度隔振器(下文简称菱形准零刚度隔振器)。通过静力学分析方法,建立了菱形准零刚度隔振器数学模型,并与其他调节变量较少的隔振器模型进行了对比;以被测量曲线在隔振器平衡位置处的曲率作为评价参数,研究了负刚度机构几何参数对系统刚度、阻尼非线性的影响,推导了利用几何参数进行隔振优化的条件;采用谐波平衡法求解系统动力学方程,对隔振器在不同几何参数下的隔振性能进行了分析。结果表明:菱形准零刚度隔振器具有体积相对较小且非线性调节能力较好的特点,可通过调节杆长,或满足相关临界值条件时调节杆长偏差量(下文简称杆长差)对刚度及阻尼非线性特征进行优化;刚度与阻尼的非线性优化方向不同,但通常情况下,刚度非线性因素对隔振优化起主导作用;归一化振动相对位移小于0.1时,由刚度曲线曲率得到的临界值可以较好地作为杆长差参数的隔振优化调节依据。本文提出的非线性评价方法与几何非线性优化临界值计算方法,对于类似隔振器研究和设计具有一定的指导意义。