课程文献中心 更多>>

关键词： 永磁直驱内置式转向架   电机悬挂方式   车辆动力学性能   转子偏心   参数优化  

摘要： 永磁直驱内置式转向架将轴箱内置技术与永磁直驱技术集为一体,是当前轨道车辆转向架技术新的发展趋势,具有曲线通过性好、轮轨作用力小等多种优点,能够更好适应复杂的铁路运行条件。本文针对新型高速永磁直驱内置式转向架,进行电机悬挂方式的对比分析以及整车悬挂参数的优化,为高速永磁直驱内置式转向架设计及应用提供理论依据。主要工作和结论如下: (1)建立永磁直驱内置式转向架车辆机电耦合动力学模型 本文首先针对转向架永磁直驱技术导致的牵引电机与转向架系统间产生的机电耦合共振现象,建立了能够反映电磁转矩特性的永磁同步电机矢量控制模型。然后结合国内外已有的永磁直驱转向架和轴箱内置转向架,分别建立了电机采用抱轴模式与架悬空心轴传动模式两种结构的永磁直驱内置式转向架车辆模型。最后采用联合仿真的方法建立了永磁直驱内置式转向架车辆机电耦合动力学模型。对比分析了机电耦合动力学模型和传统动力学模型中车辆关键部件振动性能,结果表明本文建立的模型能更好模拟永磁直驱内置式转向架车辆的振动特性。 (2)电机悬挂方式对永磁直驱内置式转向架车辆动力学影响研究 通过联合仿真的方式对比分析了电机抱轴模式和架悬空心轴传动模式下永磁直驱内置式转向架车辆的动力学性能,研究表明在架悬空心轴传动模式下永磁直驱内置式转向架车辆中等半径和大半径曲线工况下的安全性,以及电机和构架的振动性能均优于抱轴模式,并且车速越大,差异越大;两者的直线稳定性以及平稳性无明显差别。与电机采用架悬空心轴传动模式相比,抱轴模式的永磁直驱内置式转向架由车体质量和轮轨激励造成的转子偏心现象更为明显,转子偏心距相差巨大,产生幅值较大不平衡磁拉力,会对电机性能以及电机工作环境造成一定影响。 (3)永磁直驱内置式转向架关键参数对车辆动力学影响分析 基于综合性能较好的架悬式永磁直驱内置式转向架,对其关键的转向架悬挂参数以及驱动系统悬挂参数进行优化。通过优化,得到了各悬挂参数对永磁直驱内置式转向架车辆直线稳定性、平稳性以及曲线安全性各项指标的影响规律,确定了各优化参数的最优取值范围。优化后的永磁直驱内置式转向架车辆的运行平稳性和曲线安全性有着明显改善,其余动力学指标均有一定程度上提高。

关键词： 月壤   动力学参数   图像处理   动弹性模量   动阻尼比   参数反演  

摘要： 月壤力学参数的确定决定着探月工程与月球科研站建立的成功与否。目前,我国所拥有的科技技术难以实现月球原位测试并直接获得月壤力学参数性质,且由月球探测器携带返回的月壤珍贵稀少并不能用于大型室内动力学试验。人类对月壤力学参数的认知仍停留在阿波罗11号月壤,而月壤的力学性质将直接影响月球探测器的安全降落与月球科研站的建立。基于探月雷达监测到的月面下月壤的分层结构,若想获得多层月壤的不同力学性质存在一定难度。 鉴于此,本文依据前人研究进展,利用软着陆冲击动力学模型,制作嫦娥四号1/6比尺模型,自主设计室内月面还原性冲击试验,提出了一种基于机器视觉原理的非接触的方式,并结合信号处理技术、图像识别处理技术、位移反分析法等技术手段,对嫦娥四号着陆区域的艾特肯盆地(SPA)月表土壤的动力学参数进行反演分析。研究主要获得以下成果: (1)设计室内着陆冲击试验获取位移轨迹曲线。 通过制作1/6比尺模型并设计着陆冲击试验,利用动态信号处理技术,获得了着陆冲击过程中的加速度、位移曲线数据,并分析着陆冲击过程的加速度、位移变化特性;通过降落相机采集试验过程中的影像,并利用图像处理技术编写GUI界面以实现图像数据的批量处理,获得了足垫面积占比随时间的变化曲线及拟合方程;通过机器视觉成像原理,计算获得足垫面积占比与着陆器竖向位移之间的相关关系方程。 (2)通过室内参数测定试验,获得试验砂土物理力学参数取值。 通过设计进行量筒法和振动法试验,获得了砂土的密度;通过进行饱和砂土直剪试验,获得了砂土的内摩擦角及抗剪强度;通过室内三轴压缩试验,获得砂土的动弹性模量及动阻尼比与应变的相关关系,并获得动弹性模量与动阻尼比之间的相关关系方程。 (3)提出力学参数反演方法,获得砂土动弹性模量及动阻尼比组合最优解。 通过进一步推导着陆冲击动力方程,分别获得了动弹性模量及动阻尼比与位移之间的相关关系;采用二分法对动弹性模量及动阻尼比组合值进行反演分析,利用对动弹性模量及动阻尼比组合循环取值直到使反演位移与实测位移几乎重合,获得了砂土动弹性模量及动阻尼比组合的最优解。 (4)编写图像处理GUI界面进行嫦娥四号降落序列图像处理。 通过MATLAB自行编制的图像处理软件,对嫦娥四号影像资料进行逐帧取图及图像预处理并成功获取足垫面积占比变化曲线;依据机器视觉成像原理,获得了嫦娥四号的位移轨迹曲线及方程。 (5)利用力学参数反演方法,结合仿真分析,获得月壤动弹性模量及动阻尼比组合最优解。 基于上述力学参数反演方法,获得了嫦娥四号着陆区月壤动弹性模量及动阻尼比组合的最优解;采用有限元仿真的方式,将反演结果作为输入值进行模拟分析获得其位移轨迹曲线;仿真位移轨迹与反演位移轨迹几乎重合,最终验证了动弹性模量及动阻尼比组合值的有效性。

关键词： 左心室辅助装置   搏动性   脉动泵速模式   血流动力学参数  

摘要： 心力衰竭的患病率正在逐渐攀升,而左心室辅助装置(left ventricular assist device,LVAD)即人工心脏近年来已经成为治疗心力衰竭的一种重要手段。然而,目前使用较多的连续流LVAD(包括离心式和轴流式血泵)一般都是在恒定血泵转速下工作,持续泵出恒定的血流量,不但不能满足不同生理活动下的血液灌注需求,还会造成血流动力学信号的搏动性降低,导致外周血管和其他器官各种不良事件的风险增加。因此,本论文利用零维集中参数模型提出脉动泵速控制算法解决上述问题,并在此基础之上利用三维计算流体力学(computational fluid dynamics,CFD)仿真在真实主动脉模型上比较不同血泵类型和工作模式下的血流动力学效应,即从多尺度分析人工心脏不同工作模式对血流动力学参数的影响。 首先,本研究搭建了基于人体心血管系统和人工心脏的耦合集中参数模型,在此基础上提出了一种无需额外传感器的人工心脏反馈控制策略,该算法利用增益调度比例积分控制器使实际泵速差在高泵速差参考值和低泵速差参考值之间切换,并获得轴流式LVAD在恒定和脉动泵速模式下的血流动力学参数;其次,基于患者的临床CT图像提取并处理主动脉弓三维模型,并采用离心式LVAD动物实验的数据作为边界条件,构建了适合进行CFD仿真的真实数据和模型;最后实施CFD仿真,定量地阐明不同人工心脏类型和泵速工作模式对临床患者特异性主动脉模型的血流动力学影响,计算压力分布、壁面剪切应力、时间平均壁面剪切应力、震荡剪切指数和血流速度,比较离心式和轴流式LVAD支持时恒定泵速和脉动泵速模式下的各种血流动力学差异。 结果表明,在LVAD恒速支持下的主动脉脉压明显减小,所提出的脉动泵速控制策略在休息和运动状态下均将主动脉脉压恢复到正常生理范围,即提高了血流动力学信号的搏动性,并且没有发生由于泵速设置不当等原因导致心室塌陷的抽吸现象;而在三维CFD仿真结果中,两种类型的LVAD在脉动速度下的主动脉脉压均大于恒速模式,且与恒速相比脉动速度还增强了峰值壁面剪应力。另外,不论何种LVAD及工作模式,高TAWSS区域均出现在左颈总动脉和远端主动脉分支附近,同时这些区域也具有低OSI。 本研究在零维和三维尺度下全面地探究了LVAD类型和泵速工作模式对血流动力学信号的搏动性及其他血流动力学参数的影响,可为科学合理地选择用于治疗心力衰竭的LVAD和其脉动泵速模式提供有效的参考依据。

关键词： 药代动力学   辐射   动力学参数   药物代谢酶  

摘要： 辐射主要来自医用射线、工业用射线、核废物和天然射线等，分为电离辐射和非电离辐射。研究电离和非电离辐射对药物代谢的影响，了解辐射后药物在机体内的吸收、分布以及辐射条件下消除快慢等情况，可对临床用药进行合理的指导。本文综述了辐射对不同药物的药代动力学的影响，阐述辐射状态下不同药代动力学参数的变化，并讨论变化产生的原因。

关键词： 转子动力学   区间不确定性   不对中故障   松动故障   灵敏度  

摘要： 航空发动机在服役和运行过程中,充满了各种各样的不确定性影响,不确定性会使系统产生不可预见的故障,研究不确定性对航空发动机转子系统的影响是工业发展的必然要求。多年以来,对航空发动机的研究主要集中在确定性系统的动力学分析,因此亟需展开对航空发动机转子系统的不确定性分析,为航空发动机的设计及维护提供数据参考和理论依据。本文基于非概率区间不确定性分析方法,针对含不确定性参数的转子系统的区间响应进行分析,研究了不确定性参数对转子系统动力学特性的影响机理和传递规律。本文主要包括以下内容: (1)本文基于Chebyshev多项式逼近理论,建立了一种非概率区间不确定性分析方法。推导经典Jeffcott转子模型的运动微分方程,考虑不同不确定性参数下,转子系统动力学响应的区间变化,并通过蒙特卡洛模拟法对该区间方法进行有效性验证。在此基础上,结合灵敏度分析方法,建立了求解区间不确定性参数灵敏度的影响。结果表明,Chebyshev多项式区间分析法具有良好的计算精度,并且系统灵敏度的分析与系统区间响应的变化相吻合。 (2)基于区间不确定分析方法,将叶盘不平衡量、联轴器不对中量以及联轴器套齿质量等关键参数的不确定性纳入考虑,建立含不对中故障的转子系统动力学模型。在此基础上,通过数值仿真的方式研究不确定性系统振动响应及其参数影响规律,分析了转子系统振动响应在不同转速下对不同不确定性参数的敏感程度。结果表明,在区间分析结果中,不同的不确定性对系统的影响不同,有些参数可以直接对系统的固有属性产生影响,在结果中可观察到“共振带”和“频移”等现象。研究结果可为含不对中故障的复杂转子系统的不确定性响应预测提供一定的理论参考。 (3)本文分析了航空发动机双转子整机系统在服役中可能存在的不确定性因素,引入区间不确定性分析模型,在含松动-碰摩故障双转子系统确定性仿真的基础上,建立了含松动-碰摩故障的双转子整机系统的区间不确定性模型。利用Chebyshev区间分析的计算规则,分析了高低压转子的质量偏心、中介轴承的刚度和松动支座的刚度等区间参数影响下的双转子系统的不确定性动力学行为;同时结合灵敏度分析方法,分析了双转子系统动力学响应对不确定性质量偏心、中介轴承的刚度和松动支座刚度的灵敏度的影响。结果表明:双转子系统对不同不确定性参数的响应变化更为复杂,并且从数值结果中同样也观察到了“共振带”和“频移”等现象。研究结果为航空发动机的设计及可靠性分析提供了理论参考依据。

关键词： NCM   锂离子扩散   力场参数化   Li/Ni混排   分子动力学模拟  

关键词： 可调距螺旋桨   动力学分析系统   参数化设计   知识工程   结构框架  

摘要： 随着我国海洋事业发展，对船舶建造相关设备反应速度要求越来越高。可调距螺旋桨作为船舶领域常用的推进器具有便捷性、操纵性、快速性等优点，但因其结构复杂，设计周期较长，所以，是否能够进行快速设计对企业来说尤为重要，甚至影响企业的生存能力。本研究以可调距螺旋桨为目标对象，通过开发一套带有知识工程技术的可调距螺旋参数化设计和动力学分析系统，来满足企业需求。具体工作内容如下：　　（1）研究系统所涉及的关键技术，如知识工程技术中的知识获取、表示和推理等，以及SolidWorks和Adams二次开发技术。　　（2）分析了调距桨的整体结构和传动原理，并重点分析相关零部件的设计知识，包括几何参数、校核计算、性能方面等。研究了知识库的结构框架以及实现方式，实现了以知识库为基础来驱动系统进行参数化设计的方法。　　（3）研究调距桨参数化建模系统需求，系统整体结构的组成，完成基于知识工程技术的系统各模块功能开发。　　（4）在参数化设计系统的基础上，继续实现调距桨的参数化动力学分析系统开发，搭建一个友好的图形用户界面，使用户能够在界面中完成调距桨动力学仿真的全过程，最后以苏船SRP1450-FP调距桨模型为例，分析验证系统的可行性。　　将知识工程技术融入到设计过程当中，通过重复利用设计知识，改善设计流程，提高了设计效率，为企业带来了极大的便利性。

关键词： 天然气水合物   液态二氧化碳   封存效率   开采效率   动力学参数  

摘要： 天然气水合物以其分布范围广、储量规模大、能量密度高等特点被认为是未来大规模替代能源，多国政府将天然气水合物的安全高效开采列为重要的能源研究方向。天然气水合物的开采方法主要有降压法、注热法、注抑制剂法、注CO2置换法等。其中注CO2置换法因其不仅可以有效开采天然气水合物，同时可以将CO2以水合物的形式稳定地封存于海底减缓温室效应而备受关注。但由于CO2置换法整个过程受传质的影响而使得速率偏慢，目前对于注液态CO2开采非稳态条件下的天然气水合物研究较少，因此为探究从CO2-甲烷水合物相变角度打破传质阻碍，提高注液态CO2开采甲烷水合物的开采效率和CO2封存效率，本文依据多因素协同作用下水合物相变规律，提出在天然气水合物非稳态条件下注液态CO2开采的方法来提高开采效率和封存效率，并进行如下实验研究：依据我国海底砂质天然气水合物储层条件，选取具有代表性的天然气水合物储层（砂质储层）和水合物饱和度条件（20%~42%）、注入压力（4.1~4.5 MPa）和开采压力（4.3~5.3 MPa）、反应温度（6.0~10.0℃）为影响因素，分析注液态CO2开采非稳态天然气水合物过程中储层温度变化、液态CO2对天然气水合物分解行为的影响、CH4采出效率、CO2封存效率、开采前后储层水合物饱和度变化等动力学参数的特定规律，主要研究结论包括：　　（1）储层初始饱和度对注液态CO2开采天然气水合物影响的实验结果表明，在相同温度压力条件下初始饱和度影响水合物储层的传热，高的初始饱和度储层温度响应时间更长，储层平均温度回升时间随水合物初始饱和度的提高而延长;注液态CO2开采非稳态甲烷水合物，高的初始饱和度储层温度回升过程中波动更大且回升速度慢于初始饱和度较低的储层，CH4采出率随初始饱和度的增大而降低，CH4采出量随初始饱和度的增大而提高;注液态CO2开采甲烷水合物后储层中水合物饱和度随初始饱和度的增大而提高，CO2的转化率随初始饱和度的增大而提高，开采后CO2封存量随初始饱和度的增大而增加;高饱和度水合物储层体现出更高的开采与封存价值。　　（2）注入压力对注液态CO2开采甲烷水合物影响的实验结果表明，高的注入压力有更强的吹扫作用，有利于反应前期甲烷水合物的分解;在4.3~5.3 MPa开采压力范围内，CH4采出率受甲烷水合物相平衡压力影响，开采压力在甲烷水合物平衡压力之下时，低的开采压力有利于甲烷水合物的分解，高的开采压力有利于CO2的转化;开采压力在甲烷水合物平衡压力之上时，高的开采压力有利于液态CO2的置换作用，高的开采压力对提高CO2封存量和转化率有促进作用。　　（3）反应温度对注液态CO2开采甲烷水合物影响的实验结果表明，液态CO2的注入对甲烷水合物的分解有促进作用，CO2在有甲烷水合物的储层中转化率及封存量均高于未形成过甲烷水合物的储层，储层中含有甲烷水合物也有利于CO2水合物的合成;在液态CO2氛围中，高的反应温度有利于甲烷水合物的分解;随着反应温度的升高，首次集气时甲烷所占比例呈上升趋势，且注入温度越高效果越明显;甲烷水合物的采出量和采出率均随反应温度升高而明显提高，相较于CO2水合物生成时所释放的热量，高的反应温度对促进甲烷水合物的分解占主导作用;液态CO2在甲烷水合物储层中的封存量与转化率受反应温度的影响，并与之呈负相关，反应温度的升高不利于CO2的封存;开采结束后储层水合物饱和度与反应温度呈负相关，低的反应温度在开采结束时储层水合物饱和度能达到较高水平且高于初始水合物饱和度，有利于保持地层稳定。