2024年, 第45卷, 第06期　
刊出日期：2024-12-15

  

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  平车+LNG罐箱液固耦合模态仿真及试验研究

  赵春雷, 谢素明, 赵尚超, 李向伟, 张岱霖

  大连交通大学学报. 2024, 45(06): 1-6+98. https://doi.org/10.13291/j.cnki.djdxac.2024.06.001

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  为了解决液固耦合模态问题，利用Abaqus有限元分析软件，应用液体单元法、声固耦合法和附加质量法建立小型液体罐箱的液固耦合模型。模态计算结果与试验结果的比较，验证了这三种仿真方法的准确性和工程适用性。此外，以平车+LNG罐箱为研究对象，在考虑液体可压缩性和液面晃动效应的基础上，采用声学单元和薄膜单元对液体进行建模，并将模态计算结果与试验结果进行对比，对比结果可知声固耦合法更适合分析复杂工程问题中的液固耦合模态和液体晃动模态特性，适合应用在车辆结构设计后期模型的精细化分析阶段。LNG罐箱的工程案例展示了仿真计算方法与试验测试方法的互补性，共同为结构设计提供有效指导。
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  不同尺度有限元模型对地铁车辆底架承载结构强度计算的影响

  王岳宸, 刘春艳, 盖杰, 孙健

  大连交通大学学报. 2024, 45(06): 7-12. https://doi.org/10.13291/j.cnki.djdxac.2024.06.002

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  为研究不同尺度有限元模型对地铁车辆底架承载结构强度计算的影响，对某型号地铁MP车不同尺度有限元模型进行仿真分析，将仿真分析结果与基于线路载荷的实车结构静载试验进行对比。结果表明：在复杂焊缝位置，壳-实体多尺度模型计算结果最大相对误差为18%,而两种壳单元模型计算结果最大相对误差为54%,表明计算结果对网格尺寸敏感，网格尺寸越大，误差越大；壳-实体多尺度模型计算精度更高，能更准确地反映底架承载结构在焊缝区域和板厚方向上的应力分布。在板面远离焊缝的区域，壳-实体多尺度模型和壳单元模型计算结果最大相对误差均小于20%,且对网格尺寸不敏感，壳单元模型在节约计算资源方面具有明显优势。
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  摆线齿轮磨齿加工变形有限元分析

  马付建, 普斌, 王紫光, 尹剑, 刘宇, 沙智华, 张生芳

  大连交通大学学报. 2024, 45(06): 13-18. https://doi.org/10.13291/j.cnki.djdxac.2024.06.003

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  为研究摆线齿轮磨齿加工过程中的变形规律，基于单颗磨粒磨削力的数学模型，对摆线齿轮齿槽施加单颗磨粒法向力和切向力，建立摆线齿轮磨齿加工变形有限元模型，研究磨削过程变形规律及不同的磨削速度、磨削深度及轴向进给速度对摆线齿轮的变形影响。结果表明：在磨削同一齿槽内，随着砂轮的进给，产生的变形量由大减小再增大，当砂轮刚切入齿槽时产生的变形量最大为2.29μm,当砂轮进给到齿槽1/2处时产生的变形量最小为2.01μm,当砂轮进给到即将离开齿槽时变形量逐渐上升为2.25μm。当磨削速度、磨削深度和轴向进给速度分别在50～65 m/s、20～50μm、1 500～7 500 mm/min范围内时，摆线齿轮磨齿加工变形量随磨削深度和轴向进给速度的增大而增大，随磨削速度的增大而逐渐下降，产生的最大变形量为2.29μm,最小变形量为1.04μm。
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  基于混合单元建模的大型中空薄壁铝合金焊接仿真分析

  张生芳, 张宇, 马嘉恒, 马付建, 沙智华

  大连交通大学学报. 2024, 45(06): 19-25. https://doi.org/10.13291/j.cnki.djdxac.2024.06.004

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  为解决大型结构件焊接仿真时实体单元模型计算效率较低及壳体单元模型计算精度较差的问题，采用混合单元建立有限元模型，分析并确定实体与壳体单元的选定边界，利用混合单元建模方法构建大型中空薄壁铝合金结构件焊接仿真模型，将结果与实体单元模型仿真结果进行对比，分析适用于大型中空薄壁铝合金焊接结构件的混合单元连接方式。结果表明，板壳单元与实体单元的划分位置在垂直于焊接线方向18 mm处，采用绑定的连接方式构建混合预测模型所获得的温度与变形预测最为准确，预测误差分别为1.1%、8.6%;采用壳-实体耦合连接方式构建混合预测模型所获得的残余应力预测最为准确，预测误差为0.25%。实体单元模型的计算耗时约为混合单元模型的1.7倍。采用壳-实体耦合连接方式所提升的效率最高，相比纯实体单元的计算效率提升约41.6%。
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  氧化铝陶瓷磨削用砂轮形貌建模与表面粗糙度仿真

  宿崇, 郭品方

  大连交通大学学报. 2024, 45(06): 26-33. https://doi.org/10.13291/j.cnki.djdxac.2024.06.005

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  根据金刚石砂轮磨料的粒度、浓度以及磨粒位置随机分布特征，研究了金刚石砂轮表面形貌建模方法，建立了浓度为100%,粒度分别为80/100、170/200、325/400的3种金刚石砂轮表面形貌模型。采用JH-2模型描述氧化铝陶瓷材料的本构行为，利用3种砂轮地貌模型进行了不同工艺参数下的氧化铝陶瓷磨削有限元仿真分析。通过有限元模型网格节点分析氧化铝陶瓷有限元网格模型加工后表面形貌，根据仿真中氧化铝陶瓷的去除形式以及磨削后的表面形貌特征，分析了金刚石砂轮形貌和磨削深度对氧化铝陶瓷材料磨削表面粗糙度的影响，验证了此种氧化铝陶瓷磨削有限元仿真分析方法的可行性。
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  某地铁通风系统送风风道内流场仿真及结构改进

  毕菲菲, 宫鹏超

  大连交通大学学报. 2024, 45(06): 34-37. https://doi.org/10.13291/j.cnki.djdxac.2024.06.006

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  为了提高地铁通风系统送风风道出风均匀性，改善乘客的乘车舒适性及空气质量，采用CFD仿真软件Fluent对地铁送风风道内气流组织分布特点及出风均匀性进行研究。结果表明，原始结构下风道内局部涡旋明显，出风均匀性较差。对高、矮风道送风量及在风道内部设置导流板，使出风均匀性提高约60.4%,并通过调整导流板的位置及尺寸，进一步改善低风道的出风均匀性。
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  基于Kriging代理模型的设备舱支架抗疲劳优化

  邱广宇, 张志超, 史少聪

  大连交通大学学报. 2024, 45(06): 38-42+91. https://doi.org/10.13291/j.cnki.djdxac.2024.06.007

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  将疲劳累积损伤引入结构优化的数学模型中，在结构轻量化的同时考虑了结构的疲劳设计问题。以动车组设备舱支架为研究对象，利用BS EN 12663-1:2010+A1:2014标准施加载荷对其进行静强度分析，根据BS 7608:2014+A1:2015标准对危险位置进行疲劳分析，并以各工况下最大Mises应力和危险焊缝位置的累积损伤为约束、支架质量最小为目标建立优化模型。采用Isight软件将有限元模型参数化，以型材的厚度为设计变量并对其进行试验设计，建立焊缝的累积损伤和Mises应力的Kriging代理模型，通过优化求解，该结构质量减轻了4.98%,为其轻量化和抗疲劳协同设计提供了参考依据。
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  基于模糊PID的机车车轮转运机械手升降控制系统

  方琪琦, 许衍根, 高志超, 司召云, 王子浩

  大连交通大学学报. 2024, 45(06): 43-48. https://doi.org/10.13291/j.cnki.djdxac.2024.06.008

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  为规范机车车轮的检修转运作业，保证转运机械手的操作精度，设计了基于模糊PID的机车车轮转运机械手升降控制系统。在硬件设计中，采用模糊PID控制技术构建系统框架，分别按照X轴、Y轴、Z轴设定升降承载装置；在软件设计中，获取转运机械手升降参数值，构建转运机械手升降控制流程。试验结果表明：以机车车轮检修转运为测试对象，分别按照常规和扰动两个模式进行测试，系统可以保证转运机械手的升降精度，具有较高的转运效率。
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  基于SLM成型钛合金多孔结构的设计分析

  关天民, 汪新颖, 郭泽方, 翟贇

  大连交通大学学报. 2024, 45(06): 49-57. https://doi.org/10.13291/j.cnki.djdxac.2024.06.009

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  针对目前市场上广泛应用的钛合金(TC4)植入假体多为实心假体，其重量过大，同时弹性模量较高容易引起应力遮挡及应力集中等问题，设计了六面体、正八面体、棱形十二面体及衍生十二面体4种变参数钛合金多孔结构，通过SLM技术成型多孔结构验证其力学性能。结果表明，孔隙率对结构力学性能影响较大，孔隙率越低，其结构整体更趋近于各向同性，越接近仿真所得结果。结合断口观察，4种结构都近似呈45°剪切破坏，属于塑性断裂。
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  磁悬浮列车升力翼翼型及结构参数对其气动特性影响

  杜礼明, 李永进, 王岩, 李建

  大连交通大学学报. 2024, 45(06): 58-65. https://doi.org/10.13291/j.cnki.djdxac.2024.06.010

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  磁悬浮列车加装串列升力翼可以减轻列车的净重并使其能耗有所降低，但在铁路限界和车顶有其他装置的约束下，串列升力翼的布置受到很大限制。为提升升力翼的气动性能，设计了适用于高速磁悬浮列车的6种常用低速大升力翼的翼型，对其气动性能进行了数值仿真，探讨了翼型对升力、升力系数、升阻比等性能参数的影响，分析了升力翼展弦比、跟梢比、攻角等结构参数对升力翼气动性能的影响。结果表明：二维翼型升阻力随攻角的增大而增大，而升阻比则随攻角的增大而减小；相同工况下翼型NACA BR 63-55-12具有良好的升力和升阻比，攻角为4°时升阻比为18左右，适于用作列车的升力翼翼型；展长取定值时，跟梢比为1、展弦比为3.5的升力翼具有更高升力，当攻角增大到3°时升阻比达到最大值18.8,之后逐渐减小。
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  车轮多边形对轴箱振动特性的影响分析

  张军, 赵嘉明

  大连交通大学学报. 2024, 45(06): 66-71. https://doi.org/10.13291/j.cnki.djdxac.2024.06.011

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  为了研究高速列车车轮多边形对轴箱振动的影响规律，建立了柔性轮对，并联合动力学仿真软件Simpack,建立了某型动车刚柔耦合动力学模型。以德国轨道谱作为激励，基于柔性轮对的多边形模型，研究了车轮10～20阶多边形对轴箱动力性能的影响，分析了轴箱振动加速度及功率谱，得到了车轮多边形与轴箱振动之间的关系，并提出了减小轴箱振动的措施。结果表明：车轮多边形导致轴箱产生较强烈的振动，且其振动特性频率与车轮多边形阶次相关，可以通过检测轴箱振动来预测车轮多边形阶次。
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  铝合金滑槽清根小车的铣削参数研究

  周峰, 肖颂江

  大连交通大学学报. 2024, 45(06): 72-77. https://doi.org/10.13291/j.cnki.djdxac.2024.06.012

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  针对铝合金滑槽清根问题，研发了铝合金滑槽清根小车，对小车的铣削参数采用单一变量法和多目标分析法，研究铝合金材料的去除机理，综合分析滑槽清根小车的工况。建立滑槽铣削有限元模型，通过设计不同的参数试验，确定合适的铣削参数组合，该实践可为后续铝合金滑槽清根小车的研发奠定基础。
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  基于动/静态力反馈的变振幅模糊控制超声波封接

  孙屹博, 张云翔, 朱建宁, 孙杨, 邹丽, 杨鑫华

  大连交通大学学报. 2024, 45(06): 78-83. https://doi.org/10.13291/j.cnki.djdxac.2024.06.013

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  为提高超声波封接界面熔合精度，提出了一种基于模糊控制的变振幅超声波封接方法。采用模糊控制算法分别设计了以动/静态力信号为输入、超声波振幅为输出的模糊控制器。对聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)微连接器与基底进行了封接试验，在封接初期，采用较大振幅加速接触表面的初始熔化并抑制了溢流缺陷，在封接中后期，以较小的振幅实现整个界面融合，以削弱超声空化效应。研究了界面的熔合状况，分析了振幅参数对气泡和溢流缺陷的影响。结果表明，基于静态力的模糊变振幅控制下的封接质量最好，气泡基本消除，溢流得到有效抑制，提高了熔合精度。
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  基于更高速动车转向架的电机吊架开裂原因分析

  方照根, 杜伟, 王敏强, 朴思扬, 聂春戈, 朴明伟

  大连交通大学学报. 2024, 45(06): 84-91. https://doi.org/10.13291/j.cnki.djdxac.2024.06.014

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  利用刚柔耦合疲劳损伤评估工具，开展了电机吊架开裂形成机制研究。整备服役提速动车刚柔耦合仿真分析表明：自适应改进设计前期的成果使轮轨匹配回归至合理条件，在λ_e=0.10的条件下最高安全速度可达600 km/h;当车速达到或超过500 km/h时，电机吊架下摆运动模态共振且伴有其结构扭曲弹性模态振动，相应的焊缝疲劳损伤评估结果与金相分析的层状撕裂结论相吻合。由此可见，车轮自旋损耗与电机吊架应变能有条件构成强相关性影响关系。如不合理的轮轨匹配条件很难避免轮轨有害磨耗，两者均会产生车轮自旋损耗不确定影响，迫使动车转向架产生横向强迫振动响应。牵引电机的间歇或连续抖振现象会使其组合弹性架悬原型产生摇头冗余约束并对吊架焊缝疲劳损伤产生敏感影响。
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  小子样条件下镁合金焊接接头疲劳评估方法研究

  刘波, 王悦东, 赖泰鸿, 高树乾, 张雪丽

  大连交通大学学报. 2024, 45(06): 92-98. https://doi.org/10.13291/j.cnki.djdxac.2024.06.015

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  以小子样条件下镁合金焊接接头的疲劳试验数据为基础，基于样本信息聚集原理提出分阶段信息聚集方法，与最小二乘法相结合，提出一种小子样条件下镁合金焊接接头疲劳寿命评估模型。首先，利用样本信息聚集原理将数据样本的容量扩大，并统计分布特征；其次，对镁合金焊接接头进行高周疲劳试验，得到小子样条件下的疲劳寿命试验数据；最后，通过改进前和改进后的样本信息聚集方法与最小二乘法结合对试验数据进行拟合并对比。结果表明：分阶段样本信息聚集方法结合最小二乘法得到的p-S-N曲线疲劳寿命评估模型的样本数据具有分散性更小的特征，拟合优度更好，可以确保小子样数据的拟合精度。
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  铁路集装箱侧面吊机械臂对角件锁孔的自动识别研究

  王广欣, 王曹仲, 刘志宏

  大连交通大学学报. 2024, 45(06): 99-104. https://doi.org/10.13291/j.cnki.djdxac.2024.06.016

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  针对集装箱侧面吊机械臂对角件锁孔的识别问题进行研究，结合深度学习技术提出改进的CenterNet目标检测算法。首先，选取DLA(Deep Layer Aggregation)为骨干网络，将关键点高斯热图由圆形改进为椭圆形，提高算法对锁孔的识别准确率；其次，在骨干网络DLA中添加RFB(Receptive Field Block)模块以增大算法对锁孔的感受野；最后，将ReLU(Rectified Linear Uint)激活函数改进为PReLU(Parametric Rectified Linear Uint)以解决神经元“死亡”问题。在集装箱锁孔数据集上完成对比试验，试验结果表明改进后的CenterNet目标检测算法对集装箱锁孔的识别准确率为99.8%,处理速度为19.61帧/s,可满足电气化铁路场站的集装箱装卸需求。
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  基于匀强磁场发生装置的地面磁感应检测设备评定方法研究

  王伟凡, 王婧, 李艳龙, 姚永明, 方佳鑫

  大连交通大学学报. 2024, 45(06): 105-110. https://doi.org/10.13291/j.cnki.djdxac.2024.06.017

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  为避免向三相电网引入较大不平衡负载，电气化铁路接触网一般每隔一定长度轮换相序供电。自动过分相装置正常工作需要由轨道两旁设置的磁感应器为其提供及时、准确的分相区信息，因此需要采用检测设备对磁感应器进行周期检测。提出一种基于匀强磁场的地面磁感应检测设备评定方法，采用具有良好开放性的双平行线圈产生较大范围匀强磁场，从而实现地面磁感应检测设备不需要拆卸即可进行技术状态评定的目的。通过解析计算及数值计算分析了双平行线圈的设计原理，并制造原理样机对所提出评定方法的有效性和必要性进行试验验证。
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  真空电弧多物理场仿真与微观流场动态观测

  赵一鉴, 李金金, 库照宇, 张传龙, 董华军

  大连交通大学学报. 2024, 45(06): 111-116. https://doi.org/10.13291/j.cnki.djdxac.2024.06.018

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  通过建立考虑铜蒸气物性的真空电弧自生多物理场耦合模型，将仿真模拟与试验研究相结合，对真空断路器中电弧特性的行为规律进行定性和定量研究。利用COMSOL Multiphysics仿真分析电弧燃烧过程中温度、压力、速度、电流密度、磁场强度等关键参量及多物理场耦合作用机理。研究结果表明：等离子体温度、压力、电流密度等参数呈倒锥状分布，阴极表面温度始终高于阳极表面温度，阳极表面电流密度分布直径明显大于阴极表面电流密度分布直径；等离子体轴向速度呈纺锤形分布，径向速度呈正梯形分布，存在较大轴向和径向速度梯度；磁场强度呈环状分布。结合微观流场动态观测试验，仿真结果与电弧照片具有良好的一致性，与传统磁流体仿真模型相比，试验模型电弧形态自生，轮廓细节特征呈现丰富。