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[期刊论文] 徐广红 陈兵 屈小章
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CSTPCD 北大核心
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摘要:针对目前规范对起重机水平偏斜载荷计算,有考虑起重机运行速度和安装间隙影响等问题,在动力学理论的基础上,通过建立起重机动力学虚拟几何模型,建立了起重机水平偏斜载荷的计算方法.通过该方法获得良好的计算结果,在工况运行速度下结果和规范计算具有一致性.并在动力学分析的基础上,分析运行速度对起重机轮压和水平偏斜载荷的影响,起重机轮压值与速度没有直接的递增或递减关系,起重机运行速度越大或水平轮安装间隙越小,起重机水平偏斜载荷也越大.通过试验测试,计算和试验具有一致行,为工程设计提供参考.
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ EI CBST
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摘要:高速列车通风冷却系统叶轮工作时,除受离心力、重力和冲击等静载荷外,还有气流及结构振动响应的动力作用.目前叶轮的动应力主要采用流固耦合方法进行分析,而对叶轮本身的结构振动响应研究较少.本文采用流固耦合技术,对通风冷却系统叶轮进行静、动应力分析;采用结构振动响应分析叶轮的模态频率,与气动激振力的低频、高频及倍频进行比较,此叶轮结构不产生气动共振,因此其动应力主要是由气动力产生的.通过结构响应分析,得出叶轮共振时的叶片位移方向主要是轴向方向;且随着阻尼比增大,叶轮振动速度幅值减小,但当阻尼比达到较大值时,叶片振动速度响应频率也有所变化,应考虑阻尼增大时新增的振动响应频率是否产生气动共振.采用滑环引电器的实验方法,对风机叶轮进行现场静、动应力测试,计算分析与实验结果比较吻合.
[期刊论文] 阳吉初 屈小章 翟方志
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CSTPCD 北大核心
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摘要:在叶轮设计过程中,其设计变量和实际工艺往往具有一定不确定的差异,在传统设计由于忽略了不确定的影响,导致实际生产产品质量的不稳定性.为了提高轨道风机叶轮设计的可靠性,通过非参数回归模型和6σ,构造了一种适合于轨道风机叶轮设计的可靠性分析方法.详细分析了叶轮结构设计尺寸、材料和载荷的不确定性问题分析,并搭建了叶轮结构可靠性分析方法流程.通过对非参数回归模型的误差分析,得出此拟合模型具有良好的精度,在叶轮强度和振动分析中得出了较好可靠性结果.且在和多项式拟合和神经网络模型对比中,非参数回归模型具有更好的稳健性,因此在叶轮设计工程中具有较好的实用价值.
[期刊论文] 屈小章 韩旭 毕仁贵 谭艳
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北大核心 CSTPCD CSCD AJ CA CBST SA
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摘要:为最大限度地减小叶轮质量,通过反求模型和网格密度精度的分析,对叶轮结构进行数值计算,并构造了拉丁超立方试验设计模型和 Kriging 近似模型,得到叶轮结构的采样空间和高精度的近似模型用来代替数值分析,提出了轨道轴流风机叶轮结构多目标遗传优化方法。采用该方法分析了主要技术参数对叶轮结构受力的灵敏性,并找出了对叶轮结构应力影响最大的参数。叶轮结构通过优化后,质量减小了31.7%,大大节省了材料的成本,最大应力值也由初始方案的21.5 MPa 变为16.5 MPa,有效地提高了叶轮的力学性能。优化后通过滑环引电器和动静态应变测试系统对风机叶轮进行动静态试验,并设计了叶轮旋转机械的工艺工装和试验方案,试验结果与计算结果十分吻合,且动应力相对很小,因此,叶轮具有良好的力学和振动性能,在工程应用中具有较高的价值。
摘要:由于轨道列车风机是在恶劣的环境中工作的,产品结构受环境的影响较大,特别是随着年份的增长,影响越大,风机叶轮结构常常在设计寿命周期内发生时变失效.考虑结构尺寸、材料参数和载荷等不确定性和自相关性,对叶轮结构进行时变可靠性分析.在目前时变可靠性分析技术的基础上,将时变可靠性问题转化成传统的静态可靠性问题,并将随机过程进行时间离散,研究了一种高效的风机叶轮结构时变可靠性分析方法.在气动弹性分析的基础上,得出了叶轮结构在不同衰减系数下的可靠性指标和失效概率,为实际工程应用提供参考.并与不考虑气动弹性的分析结果进行对比,发现考虑气动弹性的可靠性指标远小于不考虑气动弹性可靠性指标的结论.不考虑气动弹性的分析易高估叶轮结构的可靠性和安全性.通过分析考虑气动弹性对叶轮结构可靠性的影响,说明叶轮气动弹性的分析是非常重要和必要的.
摘要:针对样本数据少、信息缺乏的工程问题,研究了一种风机翼型气动性能区间的不确定性优化方法.通过建立区间模型非概率可靠性指标,在Kriging近似模型基础上,构建了稳健性优化模型,并采用了双重优化求解策略进行求解,以提高优化效率.为了提高叶型造型的拟合精度,采用五项多项式方法对翼型各截面进行参数化建模.通过和试验结果进行对比可知,该方法可满足风机气动性能优化精度要求.该方法为风机气动性能优化提供了新的途径,为轨道交通风机系统节能减排的市场实用化奠定了基础.
摘要:针对大型复杂的起重机械整体结构力学分析的难题,在子结构技术的基础上,建立了大型起重机械整体结构的有限元模型技术,以大型冶金铸造起重机为例详细阐述了大型复杂结构有限元模型简化原则和子结构划分方法,确保了整机的传力路线完整性,将大型冶金铸造起重机划分为三级子结构,重点突出了六大结构件,即主小车、副小车、主粱、副梁、端梁、行走结构,实现了整机三维有限元模型完整性和准确性.分析结果通过和试验、规范计算对比,应力和位移最大的误差分别为4.2%和4.9%,具有和试验一致性的结果,因此对于子结构的三维有限元模型技术方法在大型起重机械整体结构是可行的.
[博士论文] 屈小章
机械工程 湖南大学 2016(学位年度)
摘要:能源短缺和环境污染已成为世界各国致力于解决的问题,轻量化和节能降耗已成为未来轨道交通运输装备制造业发展的必然趋势。风机系统是保障轨道交通列车安全运行的重要核心部件之一,本文以轨道交通列车风机系统的轻量化和气动性能为研究对象,围绕着结构轻量化和气动性能提升的问题,进行了系统和深入的研究。本文所开展和完成的研究工作如下:
  (1)开展了风机气动性能及强度振动试验,验证了基于非定常流固耦合的风机系统气动性能及叶轮结构动力学分析模型,为叶轮结构轻量化和风机翼型气动的优化设计提供了可靠的计算模型。在风机气动性能的单和多因素灵敏度分析的基础上,改进了风机设计,有效地提高了风机效率,为风机气动性能优化研究建立了基础。
  (2)针对叶轮结构的轻量化设计问题,为了满足轨道交通列车装备的高可靠性的要求,分别采用确定性、可靠性和稳健性技术对铸铝叶轮进行多目标优化。通过对比分析,发现稳健优化结果可以更好地容忍不确定性。经多目标稳健性优化后,铸铝叶轮结构的重量下降了31.0%,可满足轨道列车高可靠性和轻量化的应用要求。针对叶轮的轻量化材料设计问题,考虑轨道交通列车运行环境异常复杂的问题,对片状模塑料(Sheet molding compound,SMC)模压成型材料的耐环境和耐水性进行试验,发现该材料具有较好的耐环境性结论。通过采用无机陶瓷防水涂料进行防水处理,显著增强了该材料的耐水性。经多目标稳健性优化后,SMC模压成型的叶轮可以更好的满足叶轮结构的轻量化设计要求。最后采用动、静应力试验和超速试验系统对计算结果进行了验证,具有较好的精度结果。
  (3)在风筒结构的轻量化设计方面,由于风筒结构较复杂,采用随机振动有限元分析方法进行计算,在网格数量较多的情况下,单次计算时间长。为了提高稳健性优化效率和精度,采用高低精度误差补偿的近似模型,对风筒结构进行稳健性优化设计。经稳健性优化设计后,金属风筒结构的重量下降了13.4%。并针对风筒结构的轻量化材料设计问题,研究了一种增强纤维碳玻混杂真空技术复合材料的风筒结构。通过多目标稳健性优化设计后,该方案可以更好的满足风筒结构的轻量化设计要求。通过试验验证表明,优化后风筒结构可以满足铁路用列车设备及附件的随机振动及冲击试验的要求。
  (4)腐蚀是风机结构系统的重要研究课题之一。考虑结构尺寸、材料及载荷等不确定性和自相关性,将时变可靠性问题转化成静态可靠性问题,并将随机过程进行时间离散,从而显著提高了风机结构时变可靠性的分析效率,可有效地解决风机结构衰减和腐蚀等时变可靠性的问题。分别对铸铝叶轮的强度、SMC叶轮的振动、金属和增强纤维风筒的强度进行了时变可靠性分析,结果均满足工程设计可靠性指标的要求,为实际工程应用提供参考。
  (5)针对样本数据少、信息缺乏的工程问题,在稳健性设计技术的基础上,对风机翼型气动性能进行了区间的不确定性优化设计。通过建立区间模型非概率可靠性指标,在Kriging近似模型基础上构建了稳健性优化模型,并采用了双重优化求解策略进行求解,以提高优化效率。为了提高叶型造型的拟合精度,采用五项多项式方法对翼型各截面进行参数化建模。通过和试验结果进行对比可知,该方法可满足风机气动性能优化精度要求。
  本文的研究为风机结构轻量化设计和气动性能优化提供了新的途径,为轨道交通风机系统轻量化和节能减排的市场实用化奠定了基础,另外需要特别提出的是,文章中的一些研究内容和成果对其它类型旋转机械也具有非常重要的参考价值。
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