高速弓网系统动力学参数敏度分析及优化

随着高速列车运行速度的提升, 弓网关系这一基础力学问题备受关注. 良好的弓网关系是确保列车安全高效运行、稳定可靠受流、降低接触线与受电弓滑板磨耗等的基本前提. 其中, 受电弓和接触网的动力学参数对弓网耦合作用起至关重要的作用. 本文采用弓网接触力随机统计特征作为优化目标函数,进行受电弓动力学参数的敏度分析和优化设计. 首先, 建立了二维弹性链悬挂接触网-三质量块受电弓动力学模型,根据EN50318: 2018标准验证了动力学建模和分析结果的正确性. 然后, 基于高速弓网系统的动力学仿真, 进行了DSA380型高速受电弓三质量块参数的动力学敏度分析, 确定了9个动力学参数的敏感度级别, 弓头等效质量敏度评级最高,下框架等效阻尼次之, 下框架等效质量和上框架等效阻尼第三. 最后, 研究了弓头等效刚度和等效阻尼联合变化对弓网耦合动力学性能的影响,给出了提升弓网耦合性能的弓头双参数优化方案, 建议同时减小弓头等效阻尼和增大弓头等效刚度, 能够实现比单参数优化更好的弓网耦合性能.      

高速弓网系统动力学参数敏度分析及优化

随着高速列车运行速度的提升,弓网关系这一基础力学问题备受关注.良好的弓网关系是确保列车安全高效运行、稳定可靠受流、降低接触线与受电弓滑板磨耗等的基本前提.其中,受电弓和接触网的动力学参数对弓网耦合作用起至关重要的作用.本文采用弓网接触力随机统计特征作为优化目标函数,进行受电弓动力学参数的敏度分析和优化设计.首先,建立了...     

高速受电弓固有振动特性的实验研究

高速列车行驶过程中,弓网共振会增大受电弓与接触网振幅,这可能导致弓网离线、受流质量降低,甚至损坏受电弓和接触网。实验研究不同运行工况下受电弓的固有振动频率和模态振型,规避弓网共振,对于未来电气化铁路的弓网优化设计至关重要。本文针对DSA380型高速受电弓,用自由和橡胶边界模拟受电弓的两种运行工况,获得了弓头的固有振动频率和模态振型,实验结果表明弓头振动特性与弓网接触状态密切相关。     

高速列车受电弓风洞试验研究

为了研究高速列车受电弓在较高速度下的整体气动特性、弓网接触压力以及受电弓对支持绝缘子的作用力等综合性能,在FD-09低速风洞中进行了测力试验。试验采用测力天平和力传感器进行测量。通过在FD-09风洞试验段内安装收缩地板的方式首次将受电弓试验风速提高到了380km/h,可以满足高速列车受电弓高速性能研究的需求。研究结果表明：受电弓相对列车运行方向对受电弓升力特性有显著的影响,对弓网接触压力也有较大的影响;通过调节导风板的角度可以有效控制弓网接触压力;受电弓对支持绝缘子的作用力表现为前面拉力后面压力。     

环境湿度对碳/铜滑动接触副载流摩擦学行为的影响

弓网系统依靠受电弓滑板与接触网导线间的滑动电接触为电力列车输送电能,作为1个开放的摩擦学系统,外界环境对其服役行为具有显著影响. 本文中利用往复式载流摩擦磨损试验机,通过加装湿度控制模块,在滑动电接触条件下,以碳棒和铜棒为摩擦配副,研究了环境湿度对碳/铜载流滑动接触副摩擦学行为的影响. 结果表明:载流条件下的摩擦系数高于无电流工况;无电流工况下,平均摩擦系数均随环境湿度的增加而单调降低;但由于累积电弧放电能量、平均接触电阻与相对湿度的正相关性,导致载流条件下在35% RH后的摩擦系数几乎不受环境湿度的影响. 进一步发现,无电流工况下,碳棒上的黏着磨损和氧化磨损随相对湿度的增加逐步减缓,载流工况下,存在1个黏着磨损程度最低的最佳湿度值,出现在55% RH附近. 高湿环境下,加速了碳/铜载流滑动过程中碳棒磨损表面分子结构的变化.      

正畸弓丝与托槽间摩擦力建模及试验研究

正畸矫治过程中,正畸弓丝与托槽间的相对滑动趋势将产生摩擦力,进而降低有效矫治力,影响矫治的性能和效率. 针对目前正畸摩擦力预测方法量化预测精度低的问题,依据正畸弓丝与托槽间的几何关系、力学关系及物理参数,提出一种基于分力叠加原理的计及接触角度的正畸摩擦力预测模型建立方法. 探究影响正畸摩擦力的主要因素以及变化规律,提出采用有限滑动法测量正畸摩擦力,搭建了基于六维力传感器的正畸摩擦力测量系统,进行了不同弓丝-托槽组合和不同接触角度的摩擦力测量,试验数据与预测模型的理论数据间误差率处于0.55%~9.65%之间,证明该预测模型可为医师明确正畸矫治器参数-摩擦力-矫治力的关系提供理论依据,为实现数字化正畸提供理论支撑,保证个性化正畸方案的高效、高可靠性和高舒适度,最终达到轻力矫治的效果.      

口腔正畸摩擦研究进展

正畸矫治是使用有效力使牙齿产生生理性的移动.一旦弓丝与托槽之间出现相对滑动的趋势时,摩擦力就会产生.如何减少弓丝与托槽间的摩擦力,提高轻力矫治的有效性是目前正畸矫治需要克服的难点.本文中阐述了口腔正畸摩擦力产生的力学基础,分析了影响正畸摩擦力的相关因素,对口腔正畸摩擦相关研究进展进行了综述分析.     

超大应变量应变传感器及其应用

利用电阻应变片电测法测定大变形柔性材料的应力,将受到应变片极限应变的限制和直接贴片时胶水加强效应的影响.要解决这个问题,必须使用一种应变传感器.本文介绍的“超大应变量应变传惑器”为解决这个难题提供了有效手段.     

基于光纤智能夹层传感结构的应力测量研究

制作了一种模块化的光纤传感夹层,对夹层内的光纤传感器的应力特性进行了实验研究。分析了应变对传感系数的影响,对埋入到光纤智能夹层中的两种光纤传感器的输出特性进行了比较。实验结果表明:光纤Bragg光栅传感器的波长漂移与应变之间具有理想的线性关系,但应变灵敏度由1.2pm/με降至1.15pm/με;由于制作工艺的局限,对于非本征F-P光纤传感器,当应变达到350με后,应变与载荷具有较好的线性响应。与非本征F-P光纤传感器相比,光纤Bragg光栅传感器是光纤智能夹层首选的应变传感器。将埋入了Bragg光栅传感器的智能夹层粘贴于某型飞机的翼-身连接构件内部进行监测,实验结果为光纤智能夹层应用于复合材料结构的应变监测提供了参考。     

绞合式光纤应变传感器

研究了一种可用于工程结构状态监测的本征型强度调制光纤应变传感器,由两根以上多模光纤相互绞合形成,分析了该传感器的应变传感原理,得到其既能测量拉应变,又有测定压应变的结论,传感器对应变的响应具有良好的线性和重复性、灵敏度高、无迟滞现象,对钢筋拉应变、混凝土压就矿业的实验结果与理论分析一致,表明该传感器是适合土木工程测量、结构状态监测等方面的较为理想的光纤传感器。     

一种冲击加速度计校准新方法

冲击加速度计校准的传统方法有绝对法、相对法和比较法。综合相对法和比较法的优点,提出了一种校准冲击加速度计的新方法类比法。其标准加速度传感器可采用绝对法直接溯源到国家基准,并在同条件冲击作用下通过标准加速度传感器和被校加速度传感器互换,根据冲击力或动应变测量结果对被校加速度传感器幅值灵敏度、线性度与频率响应等技术参数进行校准,从而弱化了冲击力或动应变测量结果对冲击加速度校准的影响,测量准确度高。     

应变测量的光栅法

本文提出一种新的应变测量方法。用模压全息光栅作为应变传感器，测量光栅衍射点空间位置的变化量，直接获得应变或应力分量。全息光栅的模压制作，可以大幅度地降低成本。视频技术与微机技术的运用可以自动地获得应变和应力的数值。     

埋入式光纤布拉格光栅传感器低温力学传感性能的基础实验研究

在绕制、冷却和强磁场等极端运行条件下,高温超导磁体内部将会产生复杂的应力和应变,其内部最大应变可达到数千微应变,极易引起超导性能的退化,造成结构的破坏,因此,高温超导磁体结构内部的力学状态直接关系到运行的安全性和可靠性。而国内外针对高温超导磁体结构内部应变测量的技术尚处于初步研究阶段。基于光纤布拉格光栅(FBG)应变测量技术,结合钇钡铜氧(YBCO)高温超导带材结构,本文提出了一种埋入式FBG传感测量技术,即利用低温黏接剂等特殊材料将FBG传感器封装至带材的一侧,且几乎不影响带材尺寸,待绕制成磁体结构后,FBG传感器自然地埋入至线圈层间,以测量结构内部的形变行为等。结合YBCO高温超导线圈固化材料及固化技术,研制了4种不同的埋入式FBG应变传感器,并对传感器进行了测试对比和精度分析,给出了相应的实验标定曲线,以探讨FBG传感器在制备过程中粘贴工艺、低温环境等对实验结果的影响。结果表明：在低温胶以及环氧树脂的正确封装和良好固化情况下,所研制的埋入式FBG传感器在室温和液氮温区下具有较高的测量精度,可应用于低温环境下双层超导带材结构内部的应变监测等;所研制的埋入与准分布式FBG传感器在低温...     

高速受电弓气动减阻的仿真优化研究

随着绿色环保的现代轨道交通设计理念发展,受电弓减阻成为制约高速列车提速的关键问题之一.高速列车运行时,受电弓暴露于流线型车体之外,是列车气动阻力的主要来源之一,随着列车速度的提高,受电弓的减阻问题亟待解决.本文针对某型高速受电弓,基于计算流体动力学仿真技术,分析了整弓气动阻力分布,确定滑板与底座的压差阻力是气动阻力的主...     

基于光纤光栅传感器的玻璃纤维复合材料层间应变测试的实验分析

通过对内埋未封装光纤光栅传感器(Fiber Bragg Grating,FBG)的玻璃纤维增强复合材料进行力学实验分析,得到不同试件层间的应变曲线与试件断面的微观截面图.探讨了玻璃纤维复合材料固化过程中温度和压力对FBG传感器的传感性能的影响,深入分析了FBG传感器与玻璃纤维复合材料的融合度以及弯曲实验中FBG传感器检测精度.在试件三点弯曲实验中,与传统电测方法不同,应用新型未封装FBG传感器进行复合材料的层间应变测量,得到的层间应变与载荷数据,拟合直线的线性相关系数均在0.99以上,并且传感器在监测不同试件同一层的层间应变的相对误差不超过5％.为应用FBG传感器检测实际的复合材料构件内部应变以及形成FBG传感网络损伤监测系统提供了实验基础.     

氩弧点焊薄片应变传感器性能实验研究

对氩弧点焊薄片应变传感器传递性能和疲劳性能进行了试验研究,试验结果表明氩 弧点焊薄片应变传感器具有稳定传递性能和可靠的疲劳性能,可以应用于实际工程应变测 量.     

埋入式封装的光纤光栅传感器应变传递分析

推导了布拉格光纤光栅传感器所测应变与实际结构应变的关系,得出了平均应变传递率并与实际试验结果进行比较. 根据应变传递率确定了光纤的临界粘接长度,并推导了多层粘接时的应变传递情况,讨论了影响应变传递率的因素. 结果表明,光纤光栅的粘贴长度必须大于临界粘贴长度,且光纤光栅传感器所测应变需要加以修正才能得到实际结构应变.     

基于Bragg光纤光栅的位移-应变传感器分析

光纤光栅传感器技术应用于力学测试是国内外正在发展的一门新技术.本文基于光纤光栅传感的基本原理,介绍了一种用于位移测量的应变传感器,测得应变与位移变化具有良好的线性特点,重复性好;对该传感器的测量过程进行了有限元模拟,并与实验值进行了比较.     

分布式光纤传感器测量数据可靠性分析方法

分析了分布式光纤传感器测量结果的可靠性,提出从应变系数和温度系数标定到分布式光纤传感器物理量测量以及结果评价的方法,设计了分布式光纤传感器的应变系数和温度系数标定装置,同时分析了应变标定装置的不确定度来源,采用基于光频域反射技术的分布式光纤解调仪进行了实验验证.应变标定范围为-5000με?5000με,温度标定范围为...     

嵌入薄膜传感器悬臂梁三向力测量技术研究

以薄膜传感器悬臂梁作为等效模型,通过传感器的应变效应对三向力测量技术进行了研究。为提高薄膜传感器的应变输出响应,对悬臂梁上布放薄膜传感器的位置加设弹性结构,研究了三向力测力模型输出电压与传感器所在位置应变的关系;分析了受力位置对测力模型输出响应的影响关系,结合实验验证了其工作原理、测力模型应变输出响应与可控尺寸参数的关系。研究表明:该测力模型可实现三向力测量,各个方向最大测量误差均在9%以内,悬臂梁宽度方向x和高度方向z的交叉干涉误差分别为2.84%和3.37%;当悬臂梁自由端受力位置发生变化时,测力模型输出响应只在梁长度方向y上发生变化。