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期刊信息/Journal information
中南大学学报（自然科学版）
中南大学
中南大学学报（自然科学版）

中南大学

黄伯云

月刊

1672-7207

zngdxb@csu.edu.cn

0731-88879765

410083

湖南省长沙市中南大学校内

中南大学学报（自然科学版）/Journal Journal of Central South University（Science and Technology)CSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是中南大学主办的一本以有色金属和稀有金属为主的综合性学术刊物，主要刊登地质采矿、矿物工程、有色冶金、材料科学与工程、机械工程、自动控制工程、计算机科学、应用数理化等方面的学术论文和科研成果，可供有关高等院校师生，研究院研究人员、厂矿企业及地质队工程技术人员在教学、科研和生产工作中参考。
正式出版
收录年代

    动车组前端排雪动态响应及雪阻形成机理

    王中钢邓迎澳赵一鸣袁可...
    1900-1911页
    查看更多>>摘要：为确定动车组前端雪体与排雪阻力间的作用关系,指导积雪加载下动车组高效排雪设计.运用耦合Drucker-Prager失效准则定义下弹塑性积雪本构和光滑粒子流体力学仿真方法,分析积雪冲击时排障面板动态响应及积雪运动状态规律,研究排雪阻力与积雪深度、雪质特性、运行边界间变化规律.基于质量守恒和达朗贝尔原理构建动车组排雪阻力映射模型,揭示动车组前端雪阻形成机理.研究结果表明:设计运行速度下承受排雪载荷的排障面板处于弹性响应阶段,不会发生塑性破坏;排雪深度为10～410 mm、积雪密度为160～480 kg/m3、行驶速度为80～160 km/h时,排雪阻力与积雪厚度、密度均呈线性正相关关系,与排雪速度呈二次正相关关系;排雪阻力理论模型能够准确预测数值计算结果;相比摩擦阻力和切削阻力,动车组冲击过程中积雪运动状态改变是排雪阻力形成的主要原因.

    动车组排障面板排雪阻力动态响应

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    桥上脱轨列车姿态演变行为与倾覆风险研究

    钟睦周伟闫宏凯梁习锋...
    1912-1921页
    查看更多>>摘要：针对高速列车桥上脱轨后的车体姿态演变行为与倾覆风险问题,通过多体动力学方法,建立八编组整车-桥梁防护墙多体动力学模型并开展数值研究.首先,通过相同工况下多体动力学结果与有限元方法结果,对比验证本文模型的正确性.然后,通过数值模拟分别研究直线空载高速列车、直线满载高速列车、曲线不同离心加速度下高速列车脱轨后的动力学演变行为.研究结果表明:桥上脱轨列车与防护墙发生撞击后,会出现明显的车轮跳起和车体大幅度侧滚现象,各车存在极大从右后向左前翻滚到线路外侧坠落的风险;桥梁曲线脱轨比直线脱轨更加危险,会出现明显的甩尾现象,离心加速度越大,甩尾现象越明显.

    高速列车脱轨桥梁防护墙动力学行为多体动力学

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    服役环境下动车车底装备滑槽疲劳载荷谱的编制与验证

    王成强鲁寨军王浩程亚军...
    1922-1930页
    查看更多>>摘要：随着动车组向更高速度发展,对列车轻量化的需求愈发迫切.在现有的动车组平台中,将没有横梁底架的车体改为底架滑槽吊挂能够显著减轻设备框架的质量和体积,实现列车轻量化目的.然而,滑槽吊挂引起的最为关切的问题是结构的疲劳强度能否满足需求.为了了解结构的疲劳强度性能,基于服役中动车组车下设备振动加速度,结合现有标准体系,采用服役全周期内工况组合和载荷外推方法,采用累积损伤原理和疲劳试验加速法,编制107次循环次数下的等效振动幅值,并开展滑槽结构疲劳强度试验.研究结果表明:与既有标准体系相比,考虑服役环境的车下设备垂向载荷小于标准值,横向和纵向载荷大于标准值;当轻量化高速动车组大质量车下设备采用滑槽吊挂方式时,结构可以满足30年设计寿命要求.

    动车组轻量化滑槽载荷谱疲劳试验

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    热处理工艺对SLM打印波纹管耐撞性影响

    姚曙光余小龙黄冲许平...
    1931-1939页
    查看更多>>摘要：为了获得稳定的轴对称变形模式和较好的耐撞性,设计轴向轮廓为正弦曲线的薄壁锥形波纹管.采用SLM制备AlSi10Mg合金试样和波纹管,并进行拉伸实验和波纹管轴向压溃实验,采用实验和数值仿真研究退火、固溶和T6热处理对波纹管轴向压缩下耐撞性的影响.研究结果表明:265℃退火热处理后,波纹管在静压下出现裂纹失效,与未热处理相比,AlSi10Mg合金试样经T6热处理后伸长率由4.7%提升至13.8%,拉伸强度由413.2 MPa降低至135.3 MPa.波纹管压溃力波动范围随伸长率增加而减小.经265℃、2 h退火处理后,波纹管峰值力达到最大为7.11 kN,压溃力波动幅值最大,压溃力效率为65.9%.经T6热处理后,波纹管峰值力降到最小,为4.75 kN,压溃力波动为所有波纹管中最小,吸能量最少,为279.12 J.与T6热处理相比,经295℃、3 h退火热处理后,波纹管平均压溃力达到5.09 kN,提升了16%,吸能量达到最大,为341.24 J,提升了18.5%.为了提升SLM打印的波纹管耐撞击性能,热处理工艺需要在保证伸长率的同时尽量提高材料强度.

    波纹管SLM打印热处理耐撞性

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    基于Sobol'法的动车组车体弹性异常振动全局灵敏度分析与优化

    刘广宇宫岛周劲松任利惠...
    1940-1952页
    查看更多>>摘要：为治理动车组车体弹性异常振动问题,首先,结合车辆系统工作变形测试分析、车体模态测试分析和车辆刚柔耦合动力学模型仿真分析探究车体异常振动成因;随后,以转向架蛇行最小阻尼比为目标函数,基于Sobol'全局灵敏度分析方法分析关键参数全局灵敏度,依据各参数总灵敏和一阶主灵敏度筛选影响转向架蛇行稳定性的重要参数,并基于车辆系统刚柔耦合动力学模型对筛选出的参数进行优化;最后,对优化前后车体的弹性振动进行对比验证.研究结果表明:转向架的蛇行频率接近车体菱形模态频率的同时,转向架的蛇行模态阻尼比也减小到接近于零,蛇行稳定性裕量明显不足,从而引起转向架的蛇行与车体菱形同步运动,导致车体菱形模态振动放大,发生车体的弹性异常振动现象;参数优化后,车体的菱形模态振动能量明显降低,有效抑制了车体弹性异常振动;Sobol'法可有效评估参数灵敏度,提高优化效率,可为车辆设计和参数优化等问题提供参考.

    动车组车体异常振动Sobol'法全局灵敏度分析参数优化

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    高速列车齿轮箱箱体动态疲劳寿命评估方法

    豆硕刘鹏飞刘志明王文静...
    1953-1965页
    查看更多>>摘要：随着列车运行速度的提高,轮轨激励载荷的频率范围和能量急剧增大,齿轮箱箱体产生了明显的弹性振动响应,加速了箱体疲劳失效.为在服役振动环境下评估箱体的动态疲劳寿命,首先,基于模态叠加法建立考虑箱体动态特性的疲劳寿命评估方法,获取箱体单阶模态对疲劳寿命的贡献值.然后,建立高速列车齿轮传动系统台架模型,通过虚拟激振器施加线路实测的轮对振动加速度模拟齿轮箱的服役振动环境.最后,采用准静态叠加法和模态叠加法对箱体进行疲劳寿命评估.研究结果表明:台架模型结果与线路实测的箱体动应力响应波形和主频特征一致,应力有效值相对误差可以控制在10%以内,验证了模型的准确性.高频轮轨激励环境下箱体模态对疲劳寿命的影响较大,准静态叠加法无法准确反映箱体吊耳根部等危险点的疲劳寿命,箱体存在显著影响疲劳寿命的关键模态,为通过动态设计方法提高列车齿轮箱箱体疲劳性能提供了基础.

    高速列车齿轮箱箱体台架模型动态疲劳寿命

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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

    郭砚昭张乐乐窦伟元
    1966-1978页
    查看更多>>摘要：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.

    高速列车排障器等效静态载荷法拓扑优化

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    车轮扁疤对高速列车车轴疲劳损伤的影响

    胡文卢纯梁红琴靳智超...
    1979-1988页
    查看更多>>摘要：以高速列车非动力车轴为研究对象,基于车辆轨道刚柔耦合动力学模型、材料力学分析方法、SWT疲劳损伤模型和Miner损伤累计理论,通过计算正常车轮与扁疤车轮作用下的动力学行为和应力应变响应特点,分析车轮扁疤对车轴疲劳损伤的影响.研究结果表明:在车轮扁疤的作用下,轮轨力和轴箱振动加速度的幅值均会显著提升,但一系悬挂垂向力由于垂向减振器的作用导致车轮扁疤对其影响较小;在车辆运行过程中,随着轮对的周期性转动,车轴疲劳损伤在不同滚动周期内的波动较为剧烈,具有正态分布的特点;车轮扁疤的存在会加剧车轴的疲劳损伤,使其服役寿命急剧降低.因此,在车轴的设计阶段,需要考虑扁疤等轮轨缺陷对车轴服役寿命的影响.

    车轮扁疤车轴疲劳多体动力学SWT损伤累积

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    面向脱轨后被动安全防护的转向架结构优化

    胡玉炜唐兆陈涛彭子豪...
    1989-1999页
    查看更多>>摘要：为了验证和优化列车转向架部件的脱轨后被动安全防护效果,提出基于多边形接触模型的列车脱轨后接触建模方法,并建立列车脱轨后动力学模型,模拟不同结构参数组合下的列车脱轨后运行行为.将所得横移量和结构参数组合作为反向传播神经网络模型的训练样本,拟合两者之间的非线性关系,采用基于锦标赛选择的自适应遗传算法搜索横移量最小解及其对应的参数组合.以拖车制动盘优化问题为例,运用该优化模型进行结构参数优化.研究结果表明:在100 km/h脱轨速度下,制动盘的最优结构参数组合的半径为335 mm、厚度为80 mm、安装位置为320 mm;与原设计相比,车辆脱轨后横移量减少80.2%,大幅度提高了制动盘被动安全防护能力.本文所提出的建模方法和优化模型可推广应用于其他列车结构的脱轨后被动安全防护能力优化和验证,具有较大的工程实用价值.

    脱轨后行为多边形接触模型(PCM)结构参数优化反向传播神经网络遗传算法

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    服役高速列车车体铝合金材料率相关剩余强度预测

    王小瑞朱涛张敬科丁浩谞...
    2000-2010页
    查看更多>>摘要：高速列车结构与材料在长期服役过程中因受复杂边界条件的影响将逐渐趋于劣化,存在潜在的安全风险.本文以高速列车常用铝合金6005A-T6为对象,首先将材料细观微结构解耦为基体相与空洞相,推导符合微结构连续度Weibull分布特征的损伤演化方程;继而提出一种考虑应变率的试验-数值方法,识别材料颈缩后损伤的加速演化行为,进而推导得到覆盖空洞相萌生、生长、聚合全过程的损伤演化方程,并得出基体相的无损本构;最后结合细观物理机制提出损伤顺序交互作用模型,以实现仅测量材料表观弹性模量即可获取含先前服役损伤材料在后续延性变形中的损伤演化方程,准确预测含服役损伤材料的率相关剩余强度.研究结果表明:预测值与试验值的平均相对误差不超过1%.损伤随延性发展由应变率正敏感性转变为负敏感性;对于疲劳-延性机制,空洞在先前疲劳损伤发展的空洞基础上继续生长.

    高速列车率相关本构模型损伤演化剩余强度

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