基于移动窗口的串联增强型轨道炮发射过程电磁场演化模拟分析

简要介绍了Railgun3D程序的主要控制方程,使用Railgun3D程序对串联增强型轨道炮发射过程进行了模拟,详细分析了一复杂构型的电枢在梯形驱动电流加载外轨道/电枢上电磁场的演化过程,对电流涡结构、电流趋肤效应进行了讨论。计算中观察到了不同于普通单轨的现象,由于增强轨道的存在,驱动电流在增强轨道上产生了较大的磁场,由于电磁感应,在内轨道炮口一端上有显著的磁场和电流分布,感应电流的大小依赖于驱动电流的变化率。计算给出了多个时刻电枢附近电流涡结构的演化过程,并在电流下降段,电枢后表面上电流出现反向,指出该效应可能是导致电枢与轨道接触应力不足、甚至出现电枢转捩的重要因素。通过中心对称面上电流密度云图,模拟结果显示出磁扩散与速度趋肤效应在整个过程中的相互竞争决定了电流的分布形态。     

带有中间裂纹载流薄板放电瞬间耦合场的数值模拟

应用耦合场理论采用数值分析的方法计算了具有中间裂纹的导电薄板在放电瞬间裂纹端区域附近的温度场、温度梯度场的分布状态。计算结果表明：由于电流产生的焦耳热源的作用，裂纹尖端处温度瞬时急剧升高，能够在很小的范围内熔化形成微小的口，裂纹前缘的曲率半径增加了几个数量级，显著地减少了应力集中，阻止了干线裂纹源的形成，有效地遏制了裂纹的扩展，数值模拟采用了热－电耦合的分析方法，考虑了材料电阻随温度变化和电流流过生成的内热源间的相互作用，同时考虑了导热系数和比热随温度变化所产生的影响，对于具有中间裂纹的载流反，根据结构、材质、边界条件及通电电流的对称性，计算得到了两个裂纹尖端完全对称的结果。     

电梯轮轨耦合高频振动计算模型研究

电梯导轮和导轨相互作用产生的高频振动是电梯噪音的主要来源之一,本文基于导轨、导轮和电梯框架等各柔性构件的频响函数,建立了耦合振动系统的频域计算模型。分析了导轨表面粗糙度、导轮偏心和扁疤等激励对电梯高频振动的影响。通过与实测数据进行比较．验证了计算模型的有效性．从而为电梯的减振降噪设计提供了有用的分析工具。     

耦合运动多级感应线圈炮三维机电耦合模型

对于多级同步感应线圈炮来说,在以前的文献中比较成熟的模型是基于电流丝方法建立起来的机电模型,它的优点计算速度快,缺点无法考虑线圈炮的外围结构和材料特性对其产生的影响,针对这种情况,推导给出了总体采用矢量磁位 、电路中的驱动线圈中电流 作为求解对象的场路耦合瞬态电磁场模型,利用节点力法计算电枢所受的电磁力,根据电枢运动学模型,进一步推导出耦合运动的多级感应线圈炮的机电模型,并进行有限元离散求解。应用上述模型对5级感应线圈炮进行分析,计算结果与实验结果相吻合,验证了该模型的正确性。     

用ABAQUS软件处理管土相互作用中的接触面问题

采用ABAQUS软件处理管土相互作用中的接触面问题，利用ABAQUS软件中的主控-从属接触算法，使管道和海床形成一个接触对；并且建立了管土系统有限单元模型．海床土体分别采用非线性弹性模型、多孔弹性模型、Ramberg-Osgood塑性模型对管土系统进行计算通过分析计算，得到了管道沉降量与管重间的关系，以及由于管道沉陷而形成的土体楔形，土体楔形的存在，增加了管道的稳定性．计算结果和有关试验结果相符合，说明采用该软件进行管土相互作用问题分析是可行的．     

洛伦兹力与温度场作用下枢轨摩擦磨损特性

电枢与轨道间摩擦磨损直接影响着枢轨接触状态,进而影响着电磁轨道发射装置的使用寿命和发射效率. 因此针对焦耳热与摩擦热作用下接触面温度纵向扩散特性,建立温度作用下Archard磨损模型分析温度对枢轨间磨损的影响. 结果表明:枢轨间磨损量主要发生在电枢表面,且最大磨损量集中在电枢尾翼边缘区域. 随着电枢运动过程,枢轨表面温度逐渐升高,接触区域材料的弹性模量和硬度降低,枢轨间磨损量增大. 接触表面磨损量增大也反映出了枢轨接触面温度升高加速了电枢表面的烧蚀.      

基于物质点法的轨道炮刨削机理三维数值研究

基于轨道炮结构特点以及冲击热力学理论,采用物质点法建立了轨道微颗粒诱发刨削的三维模型,模拟了轨道刨削的形成过程,并对其产生机理与影响因素进行了分析。结果表明:电枢与轨道的局域高速冲击产生瞬时的能量交换,形成的高热高压金属流对轨道表面的斜侵彻作用形成了刨坑;刨削的产生存在速度阈值,超过速度阈值,随着电枢速度增加,刨削越严重;低于速度阈值,可产生轨道擦伤;减小轨道表面微颗粒尺寸、增加电枢头部倾角均可降低刨削损伤。     

电梯轿厢-导靴-导轨耦合振动建模与仿真分析

导靴是连接轿厢和导轨的纽带,本文从轿厢导靴导轮-导轨及挡板-导轨的接触出发,推导了接触刚度系数用于计算接触力．建立了一种较为实用的电梯轿厢、导靴和导轨耦合振动的动力学模型,计算了系统在导轨支架多点激励作用下的水平振动响应．结果表明,该模型可以较好的模拟导轮-导轨及挡板-导轨的接触分离现象;电梯运行时,导轨刚度变化产生的参数激励明显放大导靴与导轨的接触力及脱离量,运行速度的影响非常显著．     

双模态振幅调制原子力显微术相互作用区转变研究

双模态振幅调制原子力显微术测试或成像过程中存在引力区和斥力区两种相互作用区. 开展双模态振幅调制原子力显微术针尖样品相互作用区转变的研究, 对于在特定作用区内成像的参数设置、相互作用区范围的控制, 以及对成像结果的正确理解和解释尤为重要. 将有限差分法和同相正交法相结合, 采用数值模拟方法研究了探针模态自由振幅大小设定、样品力学性能变化以及模态激励频率的设置对双模态振幅调制原子力显微术相互作用区转变的影响. 研究结果表明, 探针模态自由振幅之和越大, 则引力区向斥力区转变时的临界设定点越大, 使探针位于引力区的设定点的范围越小. 样品的弹性模量越大、黏度系数越小, 探针在接近样品过程中引力区向斥力区转变发生越早, 即引力区设定点的范围越小. 偏离自由共振频率对探针进行激励时, 引力区的范围均小于以自由共振频率激励时的引力区范围, 探针运动状态的突变并不一定对应相互作用区的转变, 且不能将相位值是否高于或低于90°作为判定探针位于引力区或斥力区的依据.      

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基于圆柱形空腔膨胀理论的侵彻计算采用的混凝土靶材料参数均为混凝土静态力学特 性参数,这与弹靶相互作用的动态事实不相符. 考虑混凝土材料应变率敏感性和在动载作用下 的动态响应,对圆柱形空腔膨胀模型进行修正,并结合实例进行验算,修正模型理论计算结 果与实验结果符合性更好.     

Ultimate kinematic characteristics of rail electromagnetic launchers with metal armatures in an external magnetic field

This paper presents the results of numerical simulation of the Joule heating of the armature and rails in rail launchers of metal bodies with one or two augmenting rails generating an external magnetic field. The ultimate projectile velocity is calculated under the assumption that the Joule heating of the armature and rails during acceleration does not exceed the melting temperature of the materials of which they are made. It is shown that, with an appropriate choice of the position of the coils generating the augmenting magnetic field with respect to the launcher channel and the current magnitude in them, the heat load on the rails and armature in electromagnetic launchers of solids can be substantially reduced and the ultimate kinematic characteristics of these launchers in crisis-free regimes can be considerably increased.     

COMPUTATIONAL METHOD FOR DYNAMICS SIMULATION OF PAYLOAD SEPARATION FROM SATELLITE WITH RAIL CLEARANCE

传统在轨分离载荷动力学分析未考虑实际导轨的实时接触,无法准确分析分离时刻载荷的速度和角速度。针对半圆形双导轨,研究了空间导轨与定向器接触的特点及形式,基于分离装置的几何构型提出了一种确定发生相对轴向运动时导轨与定向器潜在接触对的方法,所提方法考虑了载荷轴线与导轨轴线的空间夹角,保证了分离后期接触检测的准确性,并可推广至多导轨接触计算。基于Lankarani与Nikravesh的连续接触力模型计算法向碰撞力,采用修正的Coulomb模型计算切向摩擦力。最后对飘浮基挠性航天器在轨分离载荷模型进行数值分析,验证了方法的有效性。结果表明导轨间隙增大了接触碰撞力,且随间隙的增大垂直于载荷分离方向的速度和角速度增大,导轨间隙使基座的转动与挠性附件强烈耦合,对航天器的稳定性造成影响。     

THE DYNAMIC ANALYSIS OF THE INTERESTING EXPERIMENT OF ROLLING BALL

本文定量分析了"瑞利球"实验的动力学过程。"瑞利球"实验中构建了一个"怪坡",通过对两导轨的控制,使均质圆球看起来像在"爬坡"。文中据刚体运动原理构建了物理模型,并分析系统的受力情况和运动过程,导出了均质圆球"爬坡"的最大高度的公式。在忽略空气阻力与摩擦力情况下,当两导轨杆初始距离远小于圆球半径、小球刚好不能掉落时突然合拢两导轨使其平行、两导轨初始夹角等于两倍导轨倾斜角时,均质圆球可以达到最大高度和最远距离。     

轮轨三维弹塑性接触应力的算法研究

轮轨三维弹塑性接触应力的计算是研究轮轨接触疲劳的前提,本首次将ＣＯＮＴＡＣＴ程序与有限元方法相结合,考虑钢轨的真实几何形状和边界条件,形成了统一的轮轨滚动接触算法和软件ＣＭＥＦ,快速、有效地计算钢轨中真实的弹塑性应力场。     

轮轨滚动接触力学的发展

轮轨滚动接触力学主要研究轮轨滚动接触过程中的作用行为。由于其研究的复杂性,目前在该领域的研究已基本形成既独立又关联的六个分支,它们分别是轮轨滚动接触蠕滑率/力理论、轮轨粘着、接触表面波浪形磨损、轮轨滚动疲劳、脱轨和轮轨噪音。本文综述了这几个方面研究的发展历史和现状。由于轮轨滚动接触作用的研究又是以轮轨滚动接触蠕滑率/力理论为基础的,故本文着重评述目前常用于车辆/轨道动力学和轮轨关系研究中几个经典滚动接触理论模型的优缺点。根据实际工程中轮轨作用存在的严重问题,并提出轮轨滚动接触理论及其试验在今后的研究方向和所要考虑的有关重要因素。      

PAM-CRASH软件在低地板轻轨车碰撞分析中的应用

论文以伊朗马沙德低地板轻轨车为载体,应用PAM-CRASH软件来进行碰撞数值模拟分析,得到两列相同的低地板车相撞的变形趋势以及能量、速度、加速度曲线,实现车体的安全性能分析.良好的界面操作以及优秀的计算精度确保了低地板轻轨车车体工况的完整和真实,分析结果为低地板车的生产和进一步研发提供一定的理论依据.     

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在重轨万能轧制过程中,首先建立了简化的三维理论模型. 然后分别给出了轨腰、轨头及轨 底的运动学许可速度场以及相应的应变速度场和剪应变速度强度,并求出了相应变形区的塑 性变形功率、速度间断面上消耗的功率以及由于摩擦产生的摩擦功率. 最后根据上限原理分 别求解了水平辊和两个立辊的轧制力上限解. 通过比较可知,二辊轧制理论公式误差很大因 此不能用于万能轧制过程,而上限法求得的轧制力近似解大于轧制现场数据但最大误差不超 过13\%, 因此根据上限原理进行轧制工艺参数设定及优化是比较可靠的.