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耦合排障−吸能的高速列车排障器结构双尺度拓扑优化设计
1
作者 郭砚昭 张乐乐 窦伟元 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期1966-1978,共13页
排障器置于列车前端,先于车体冲击排开轨道上的障碍物。在列车速度或障碍物尺寸发生改变时,排障器结构在刚度和吸能特性上具有不同的设计要求。为了设计一种耦合排障−吸能的结构形式,提出一种整体大刚度(排障)、局部结构降低冲击力(削... 排障器置于列车前端,先于车体冲击排开轨道上的障碍物。在列车速度或障碍物尺寸发生改变时,排障器结构在刚度和吸能特性上具有不同的设计要求。为了设计一种耦合排障−吸能的结构形式,提出一种整体大刚度(排障)、局部结构降低冲击力(削峰吸能)的双尺度优化设计方法。该方法在以刚度为目标的整体结构初设计中确定变形区间,并在串行路线下完成以引导结构变形为目标的局部结构优化,最终形成新型排障器。研究结果表明:在基于标准EN 15227的静载荷工况下,新型排障器结构的质量降低了7%,同时,结构安全性提升;在冲击刚性墙仿真中,相较于原有排障器,新型排障器的峰值力降低了17.5%,且优化后的缓冲梁结构使排障器中部产生的弯折变形变为压缩变形,有效缓解了排障器后侧对车体结构的挤压现象。 展开更多
关键词 高速列车 排障器 等效静态载荷法 拓扑优化
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基于zig-zag假设的压电阻尼层合结构机电耦合建模与分析 被引量：2
2
作者 王雄 高英山 +1 位作者 张顺琦 窦伟元 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第2期407-413,共7页
基于zig-zag板壳假设和哈密顿原理建立了压电阻尼层合结构的机电耦合动力学有限元模型,实现了结构自然频率和损耗系数的准确计算。有限元模型采用八节点的七自由度(degrees of freedom,DOFs)四边形单元,且考虑阻尼层的复弹性模量。通过... 基于zig-zag板壳假设和哈密顿原理建立了压电阻尼层合结构的机电耦合动力学有限元模型,实现了结构自然频率和损耗系数的准确计算。有限元模型采用八节点的七自由度(degrees of freedom,DOFs)四边形单元,且考虑阻尼层的复弹性模量。通过对文献算例的计算与仿真,验证建立的有限元模型的正确性。研究了材料增强角度、阻尼层厚度和结构曲率对压电阻尼层合结构频率和损耗系数的影响,为压电阻尼层合结构的减振及结构优化提供参考。 展开更多
关键词 压电阻尼层合结构 zig-zag假设 阻尼分析 动力学建模
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基于仿真分析和疲劳试验的服役铸铝横梁剩余寿命预测 被引量：4
3
作者 窦伟元 张乐乐 +2 位作者 周挺 刘长青 张海峰 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第4期103-111,共9页
基于Miner线性累积损伤理论及分段累积损伤与剩余寿命(运行里程)的关系,通过台架疲劳试验得到的累积损伤对某型动车组服役铸铝横梁剩余寿命进行等效表征。以多工况线路条件下动力学仿真获得的铸铝横梁外载荷为边界条件,在静载试验校验... 基于Miner线性累积损伤理论及分段累积损伤与剩余寿命(运行里程)的关系,通过台架疲劳试验得到的累积损伤对某型动车组服役铸铝横梁剩余寿命进行等效表征。以多工况线路条件下动力学仿真获得的铸铝横梁外载荷为边界条件,在静载试验校验铸铝横梁有限元模型准确性的基础上,由瞬态仿真分析外推得到铸铝横梁应力谱;基于标准线路工况10^7次等幅循环疲劳试验获得铸铝横梁累积损伤基准,根据运营里程与累积损伤之间的线性比例关系,外推计算线路工况累积损伤与台架疲劳试验损伤等效时的运营里程即为铸铝横梁的剩余寿命。结果表明:铸铝横梁采用与车体等寿命设计,10^7次台架疲劳试验后未产生疲劳裂纹扩展,动力学—有限元联合仿真分析及剩余寿命预测结果均表明铸铝横梁实际承载造成的累积损伤不显著,预测的剩余寿命仍满足运营里程1.2×10^7 km的设计要求。 展开更多
关键词 铸铝横梁 剩余寿命预测 动力学模型 有限元模型 疲劳试验 服役
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基于联合插值的高速列车车体结构流固耦合动态响应分析 被引量：1
4
作者 窦伟元 郭盛 +1 位作者 张乐乐 张町 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1782-1791,共10页
基于单元中心点-节点联合插值方法,由径向基函数构造流体域与固体域非匹配网格间的数值传递表达,分析大型复杂结构的流固耦合;以某型高速列车头车车体为例,研究其在明线会车、单车通过隧道以及隧道会车3种不同工况下车体结构的动态响应... 基于单元中心点-节点联合插值方法,由径向基函数构造流体域与固体域非匹配网格间的数值传递表达,分析大型复杂结构的流固耦合;以某型高速列车头车车体为例,研究其在明线会车、单车通过隧道以及隧道会车3种不同工况下车体结构的动态响应,并与定值均布加载方法进行对比。研究结果表明:基于联合插值的流固耦合数据传递方法,可将整体相对误差控制在2.62%以下,比传统节点插值方法的最大相对误差(9.10%)要小;3种典型工况下,车体结构应力波动幅值由高到低分别为隧道会车、单车通过隧道和明线会车;虽然均布载荷工况最大应力水平较高,但无法考虑非对称载荷引起的交变应力。 展开更多
关键词 流固耦合 非匹配网格 联合插值 高速列车 动态响应
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基于Voronoi吸能管的新型全向防爬器设计与仿真 被引量：3
5
作者 朱宇 张乐乐 +1 位作者 窦伟元 张海峰 《中南大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第5期1813-1823,共11页
针对轨道车辆现有防爬器难以兼顾稳定全向防爬及大吸能阈值下高载荷效率的功能需求,提出一种基于Voronoi吸能管的新型全向防爬器,该防爬器由具有“引导-啮合”作用的全向防爬齿板及二维Voronoi异面拉伸吸能结构组成,建立基于显式动力学... 针对轨道车辆现有防爬器难以兼顾稳定全向防爬及大吸能阈值下高载荷效率的功能需求,提出一种基于Voronoi吸能管的新型全向防爬器,该防爬器由具有“引导-啮合”作用的全向防爬齿板及二维Voronoi异面拉伸吸能结构组成,建立基于显式动力学的吸能结构及防爬器有限元模型并进行仿真分析。研究结果表明:随胞元数和胞元规则度增大,胞元可控的Voronoi吸能管可以在一定程度上提升Voronoi吸能管的吸能效率;该新型防爬器在由水平、垂直及倾斜3个偏置参数相组合的7个工况中均能有效引导对中并稳定啮合,且随着引导偏置量的增大,防爬器所提供摆正车体的力增大。在结构耐撞性方面,由于2对撞吸能管所形成塑性铰的差异以及防爬齿板引导的共同作用,防爬器撞击时的初始峰值力明显降低;相比于理想对心碰撞,偏置的存在会提高该防爬器的吸能效率、载荷效率和初始峰值力(倾斜偏置工况除外)。 展开更多
关键词 轨道车辆 Voronoi多边形 防爬器 耐撞性 防全向错位
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高水平国际化人才培养绩效评价指标体系研究
6
作者 梁丽梅 窦伟元 韩娜 《科技创新导报》 2022年第18期179-182,194,共5页
依托高校建立的国际科技合作基地具备培养高水平国际化人才的天然优势,但相关探索集中在国际化人才培养途径和模式方面,对于人才培养绩效评价的研究尚待深入。本文面向国际科技合作基地,改变以培养客体为主、重成果产出的国际化人才培... 依托高校建立的国际科技合作基地具备培养高水平国际化人才的天然优势,但相关探索集中在国际化人才培养途径和模式方面,对于人才培养绩效评价的研究尚待深入。本文面向国际科技合作基地,改变以培养客体为主、重成果产出的国际化人才培养绩效评价思路,借鉴平衡记分卡思想,从多参与方、多维度建立了一套全面评估高水平国际化人才培养绩效的指标框架体系,并运用模糊层次分析法确定指标权重,为科学合理评价人才培养绩效提供有效参考,助力高水平国际化人才培养质量的提升。 展开更多
关键词 国际科技合作基地 国际化人才培养 绩效评价 评价指标体系
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基于并行NSGA-Ⅲ算法的高速列车车体侧墙结构高维多目标优化 被引量：1
7
作者 柴依扬 张乐乐 +1 位作者 窦伟元 张海峰 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期321-333,共13页
针对传统多目标优化算法在高维优化问题中多样性不足、收敛速度慢,联合仿真优化的计算效率难以满足实际工程需求等问题,提出基于SPMD并行的NSGA-Ⅲ联合仿真优化方法,由MATLAB优化器与FEM求解器构建联合仿真平台,通过调用多个求解器并行... 针对传统多目标优化算法在高维优化问题中多样性不足、收敛速度慢,联合仿真优化的计算效率难以满足实际工程需求等问题,提出基于SPMD并行的NSGA-Ⅲ联合仿真优化方法,由MATLAB优化器与FEM求解器构建联合仿真平台,通过调用多个求解器并行计算优化过程中的适应度函数,以提高面向复杂结构高维优化的计算效率。简单型材算例分析表明,在合理利用计算资源的情况下,提出的并行联合优化方法与传统串行方法相比,优化效率提高近一倍。以大型复杂机械结构高速列车车体侧墙为对象,建立多工况高维多目标优化问题,解析车体强度、刚度对侧墙结构不同区域型材厚度敏感性;对比分析Pareto解集,在侧墙质量减少0.96%的前提下,弯曲和扭转刚度分别增加了7.51%、5.39%,最大应力减少了12.18%。同时,相较于NSGA-Ⅱ算法,NSGA-Ⅲ算法可为车体结构优化设计提供更多符合期望的优化解集。 展开更多
关键词 NSGA-Ⅲ算法 SPMD并行 多目标优化 联合仿真 高速列车车体
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基于刚柔耦合动力学模型的高速列车铸铝横梁应力状态分析 被引量：3
8
作者 窦伟元 张乐乐 +1 位作者 张海峰 刘长青 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期138-144,共7页
铸铝横梁是某型高速列车体悬式牵引电机的承载结构,其铝合金铸造结构复杂,同时承载来自车体弹性振动和电机转矩的多源载荷。在实际运营条件下结构的应力状态分析是预测、监控结构承载安全不可忽视的环节。建立车体-铸铝横梁结构耦合动... 铸铝横梁是某型高速列车体悬式牵引电机的承载结构,其铝合金铸造结构复杂,同时承载来自车体弹性振动和电机转矩的多源载荷。在实际运营条件下结构的应力状态分析是预测、监控结构承载安全不可忽视的环节。建立车体-铸铝横梁结构耦合动力学模型,以哈大线实际线路工况为条件进行仿真,对比分析基于刚柔耦合模型和多刚体模型的车体加速度响应:刚体模型仅能表征低频下车体的刚体振型,随线路激扰加剧,刚柔耦合模型中弹性体模态被激发,模态响应阶次提高,振动能量增大;将由车体动力学响应计算获得的时域载荷作用于经动载试验校验的铸铝横梁有限元模型,实现瞬态应力状态分析。结果表明:铸铝横梁载荷与车体振动呈正相关性,车体一阶垂向振动、电机转矩和车体菱形变形振动分别是引起多线路条件下垂向载荷、横向载荷加剧的主要因素;在现有模型条件下,结构典型高应力区域最大主应力变动方向角小于5°,呈准单轴应力状态。 展开更多
关键词 高速列车 铸铝横梁 刚柔耦合 弹性振动 应力状态
原文传递
基于缺口试件应力状态试验的Johnson-Cook模型参数反演标定方法 被引量：6
9
作者 茹一帆 张乐乐 +2 位作者 刘文 陈耕 窦伟元 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第22期60-70,共11页
Johnson-Cook模型是适用于金属高应变率、大变形的强动载材料模型之一,其对应于材料的参数标定是模型应用的关键。由于没有考虑复杂应力状态对材料性能的影响,在不同应力状态下使用传统标定方法标定的模型进行模拟计算,计算结果与实际... Johnson-Cook模型是适用于金属高应变率、大变形的强动载材料模型之一,其对应于材料的参数标定是模型应用的关键。由于没有考虑复杂应力状态对材料性能的影响,在不同应力状态下使用传统标定方法标定的模型进行模拟计算,计算结果与实际情况存在显著的差异。为了减小这种差异,使用6005A-T6铝合金,设计用以表征不同应力状态的缺口试件,在应变率4×10^(-4)s^(-1)条件进行准静态单向拉伸试验。使用一种基于遗传算法的反演标定方法,将不同应力状态条件下的试验数据纳入到遗传算法的训练集中,以Matlab-LS-DYNA联合编程进行数据交互与集成,从而获得标定参数的最优解。结果表明,该方法标定的材料模型参数弥补了传统方法的不足,在复杂应力状态条件下具有更好的适用性。 展开更多
关键词 Johnson-Cook本构模型 遗传算法 参数标定 6005A-T6铝合金
原文传递
空间无动力源可重复锁紧分离机构设计与分析
10
作者 王存义 张乐乐 +2 位作者 窦伟元 颜家勇 龚康 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2022年第4期56-60,共5页
针对现有空间锁紧分离机构在深空探测与在轨服务等特定领域运用受限的问题,设计一种无动力源可重复锁紧分离机构。该锁紧分离机构基于凸轮机构原理,结合机械传动紧凑化设计实现了分离、避让、捕获、锁紧多重动作一体化集成。通过建立锁... 针对现有空间锁紧分离机构在深空探测与在轨服务等特定领域运用受限的问题,设计一种无动力源可重复锁紧分离机构。该锁紧分离机构基于凸轮机构原理,结合机械传动紧凑化设计实现了分离、避让、捕获、锁紧多重动作一体化集成。通过建立锁紧勾运动参数化模型,对凸轮槽构型曲线进行优化设计,得到锁紧勾满足预期动作的凸轮槽曲线,在此基础上对锁紧机构进行了动力学仿真分析,仿真结果表明:在300 N锁紧载荷工况下,操作末端操作力矩为0.14 Nm,锁紧勾行程11 mm,满足设计指标。对锁紧机构进行功能试验验证,结果表明该锁紧机构能够实现对载荷单元多次锁紧分离功能,且锁紧分离过程平缓、顺畅,验证了设计的正确性与可行性。所提出的锁紧分离机构及其设计与分析方法可为其他同类产品提供参考。 展开更多
关键词 锁紧分离 机构设计 非火工 动力学 空间机构
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