以某列车为研究对象,建立了列车一维碰撞动力学模型,研究车辆碰撞加速度、列车吸能界面平台力、行程参数之间的关系,构建吸能设计参数与列车响应之间的神经网络模型,并采用NSGA-Ⅱ方法对优化问题进行求解,根据列车最大平均加速度对应区间与各车体加速度确定最优吸能设计方案。结果表明:列车的界面吸能参数经协调设计后可以明显降低碰撞加速度,衰减碰撞过程中车体加速度振荡。
为准确评价基坑施工过程的变形控制效果,以基坑变形监测数据为基础,先通过统计分析掌握基坑施工变形监测期的控制效果,再利用变分模态分解、麻雀搜索算法、门控循环单元神经网络和Elman神经网络构建变形预测模型(VSGE),并通过预测结果掌握其在预测期的控制效果。分析结果表明:基坑区段1、区段2的最大变形值分别为16.92 mm和24.17 mm,平均值为21.16 mm,均在对应变形限值范围内,说明基坑施工变形监测期的控制效果较优;同时,经变形预测,不论是消融试验还是对比试验,VSGE模型始终具有较好的预测效果,得出基坑变形具有显著收敛性且最大预测值仍在对应变形限值范围内,说明基坑施工变形预测期的控制效果较优。
橡胶弹簧被广泛应用于轨道车辆的高频隔振、冲击缓解及弹性定位等关键部位,因此其力学模型对于橡胶弹簧的参数设计以及车辆运行中的动力学性能预测具有重要的意义。国内外针对橡胶弹簧等效力学模型和有限元模型,已从最初仅能简单表征静态黏弹性力学行为,发展至如今可较好地描述其随外部载荷条件变化的非线性动态特性;同时,神经网络模型也在相关研究中被逐步应用于橡胶弹簧力学特性的预测。但等效力学模型和有限元模型难以兼顾结构尺寸与非线性力学特性,而神经网络模型缺乏具体物理意义。基于此,提出有限元神经网络模型是橡胶弹簧力学模型的发展方向,该模型既能更准确地表征橡胶弹簧动态特性对车辆动力学性能的影响,也能为橡胶弹簧的研制提供指导。
为准确预测中空薄壁铝合金结构件加工过程中的铣削力与铣削温度,对中空薄壁铝合金结构件进行离散化处理,针对各结构构建了铣削力与铣削温度的解析模型并进行了耦合计算,利用中空薄壁铝合金结构件局部铣削试验对解析模型进行了验证。结果表明:铣削力与铣削温度的模型与试验值的误差较小,铣削力最大误差为7.4%,铣削温度最大误差为8.2%,验证了模型的正确性。
为研究永磁体结构、材料和温度对永磁同步电机的性能影响,采用多目标优化算法对永磁电机结构进行优化,建立永磁体内置双层V形永磁同步电机模型。基于优化后的永磁同步电机,分析钕铁硼和钐钴两种永磁材料在不同工况下永磁同步电机的电磁性能。分析相同材料下温度对永磁同步电机电磁性能的影响。仿真结果表明,使用钐钴的双层V形永磁体结构电机的电磁性能更好,永磁同步电机永磁体的工作温度应该控制在200℃及以下,高于200℃有造成永磁体不可逆退磁和铁芯损耗增加的风险。
针对当前图像分类领域中所使用的网络结构复杂、模型文件较大、部署成本较高等问题,首先提出了一种基于热成像的轻量化图像分类方法,该方法使用热成像摄像头代替传统摄像头进行现实图像的捕捉,通过多帧合成的方式降低图像噪声和提高成像质量,采用自适应伪彩色编码将热成像捕捉的灰度图像转换成适合机器学习的彩色图像。其次使用改进的SqueezeNet轻量化卷积神经网络模型对自建的热成像手势数据集进行训练,模型的参数仅为1.4 MB。最后通过NCNN框架将模型部署到嵌入式设备中,经验证,该方案的分类效果良好且速度较快,其测试精度高于99.3%,在树莓派4B上的图像推理时间低于68 ms。
为了探究隧道上拱对高速列车振动响应的影响并提出上拱限值,开展了隧道上拱区高速列车动力学响应研究。建立高速列车-无砟轨道-隧道刚柔耦合动力学模型,揭示高速列车的振动响应变化特征,并基于列车动力响应指标提出了隧道上拱限值。研究结果表明:随着上拱幅值的增大,无砟轨道变形几乎线性增大;随着上拱波长增大,轨道的上拱趋于平缓;高速列车通过上拱区域时,轮轨力先增大、后降低、再增大、再降低,随着隧道上拱幅值增大,轮轨力和轮重减载率逐渐增大;随着上拱波长增大,轮轨力和轮重减载率逐渐降低;随上拱幅值增大,Sperling指标几乎呈现线性增长,而随着波长增大,Sperling指标先增大后减小,表明20 m上拱波长是影响列车舒适性的敏感波长。综合轮轨力和Sperling指标得到隧道上拱限值为22 mm/5 m、19 mm/10 m、17 mm/15 m、13 mm/20 m和27 mm/25 m。
针对高速列车制动闸片紧固件卡簧服役失效问题,建立制动盘/闸片制动有限元模型,考虑了卡簧的预紧和赋予,得出列车制动过程中卡簧的服役应力和位移结果,从应力和位移角度划分了卡簧失效等级并判别其在200 km/h制动工况下的失效状态。结果表明:制动过程中卡簧周边零部件的运动导致卡簧服役应力和位移增大;将卡簧失效划分为不失效、初步失效和完全失效三个等级,200 km/h制动工况下卡簧主要发生初步失效;制动盘内圈卡簧失效率为75%,中圈卡簧失效率为100%,外圈卡簧失效率为37.5%,其中卡簧位移失效情况多于应力失效。
为了研究牵引风道内、外噪声特性及其成因,利用大涡模拟湍流模型,计算了风道内瞬态流场,提取风道内部的流场速度作为体声源,通过Lighthill声类比法得到了声学张量,并将其代入声波方程计算出风道内、外噪声。结果显示,风道内部转弯处形成了大量漩涡,且涡量较大,该区域声压级也较高。出风口1处的两个连续转弯使得其噪声比出口2高3.9 dB(A)。风道噪声为低频宽带噪声,无谐波成分,出口噪声无明显指向性。
基于有限元分析和结构优化技术,研究如何提升重载双浴盆敞车车体的性能指标。依据结构和载荷特点建立敞车车体的有限元分析模型;依据TB/T 3550.2—2019标准和设计任务书对车体进行整体垂向刚度和整体结构模态分析与评价;针对车体第一阶频率偏低问题,通过频率对车体部件灵敏度分析筛选出频率优化设计变量,对车体第一阶频率开展结构优化。优化后车体第一阶频率提高1.3 Hz,质量增大0.49 t;在考核车体强度指标的计算载荷作用下,对车体部件强度进行分析与评价。针对安全系数不满足要求的车体中部下边梁撑杆支座和中梁与浴盆端部区域,开展局部结构补强和最佳刚度匹配及理想补强形状的优化设计。下边梁撑杆支座区域尺寸优化后和中梁与浴盆端部分步拓扑优化后,部件安全系数均满足设计要求。