将液压支架立柱导向环配合间隙引入导向环设计计算,推导出一种导向环设计计算方法,可求解出不同配合间隙情况下导向环宽度方向任一截面上的应力。通过计算和分析,对导向环配合间隙、导向环宽度、导向环间距等对导向环应力的影响进行了讨论。

为解决综采工作面煤层赋存厚度频繁变化或有断层需要穿过时资源回收率低、开采效率不高的难题,以陕北某矿为目标进行了ZY12000/15/38D型大伸缩比液压支架选型,针对大伸缩比液压支架设计进行了四连杆机构、掩护梁结构、顶梁前部机构、梁端距调节、全封闭挡矸、液压系统排布、三伸缩立柱等关键技术研究,并进行了大伸缩比液压支架的井下工业性应用,产量最大达到2万t/d,实现了煤矿的高产高效,同时提高煤炭资源的回收率至97%以上,创造了巨大的经济效益和社会效益。通过大伸缩比液压支架的研究和应用,为厚度变化较大煤层高效、高回收开采提供了有效解决方案和装备保障,有力地推动了煤炭行业的技术进步和可持续发展。

以液压支架立柱挠度为对象,联合运用因次分析技术与流固耦合数值仿真技术对其进行研究。首先,通过因次分析推导出立柱挠度与缸体弹性模量、截面模量、计算长度、缸体内部初撑力、乳化液液体黏度和密度,以及弯矩(外载荷与偏心距的乘积)等7个因素之间的无量纲关系式。然后,选取φ230 mm、φ250 mm、φ500 mm三种缸径的双伸缩立柱,进行基于FEM和SPH的流固耦合仿真分析。将双伸缩立柱按照外径不同分解为3段,得到每一段的挠度仿真值。以各段挠度的仿真值作为已知量,通过多元线性回归分析,求解出了挠度无量纲关系式中的未知量。结果表明立柱挠度随初撑力和截面模量增大而减小,随弯矩和计算长度的增大而增大。增大初撑力,有利于减小工作阻力波动对立柱挠度的影响。所推导出的挠度关系式亦可用于求解单伸缩和三伸缩立柱的挠度。

伴随着激波、膨胀波等波系的综合作用,真空管道高速列车诱发的气动热效应十分明显。初始环境直接关系到管内列车气动性能的好坏,研究环境初始温度对真空管道高速列车气动特性的影响对未来真空管道列车运输系统的研发具有重要意义。在建立含动边界的准二维非定常数值计算模型的基础上,通过分子动理论描述气流物性变化,利用SST k-ω转捩模型预测层流-湍流的混合流动状态,结合动网格技术实现了管内列车的跨音速运动,研究了273.15 K、300 K、350 K、400 K的初始环境温度下列车的气动特性变化。结果表明,随着初始环境温度增大,整车阻力减小,尾流扰动区发展过程减缓而车前扰动区发展过程加快,整个流场扰动区长度变化不大;在不同初始环境温度下,尽管尾流伴随着涡流脱落,但其温度波动的主频很低,约为0.76 Hz,波动幅度不超过2 K。

由于车轨悬浮间隙的存在,高速磁浮列车的悬浮架周围流场紊乱且气动力复杂,影响列车的悬浮和导向性能。基于计算流体力学建立了3车编组的高速磁浮列车气动数值仿真模型,研究了列车气动特性及车轨间隙和悬浮架周围的流场结构,分析了3种不同形式的导流装置(板式、短楔形、长楔形)对列车气动特性的影响规律。研究结果表明在500 km/h的运行速度下,气流通过头车鼻尖底部悬浮间隙直接冲击在头车一位端悬浮架迎风侧,形成的压差阻力使头车气动阻力大幅增大;受悬浮架扰流影响,气流在车体底部形成了大面积的正压区,直接导致头车气动升力和气动力矩大幅提高且远高于中间车及尾车气动升力。根据研究结果,改变头车鼻尖底面结构,控制进入车轨磁浮间隙的气流流量和方向,改善了列车表面压力分布情况,协同降低了列车气动阻力、气动升力和点头力矩...

为了减缓高速列车通过隧道引起的压力波动,研究了联络通道对高速列车通过隧道时压力波特性的影响。建立了3节编组高速列车数值仿真计算模型,基于三维非定常可压缩Navier-Stokes方程,以及k-ε方程湍流模型和滑移网格技术,数值模拟了高速列车通过联络通道时隧道的气动特性,研究了设置联络通道对隧道压力波的影响及不同的通道间距对隧道压力波动的影响。研究结果表明与无联络通道隧道相比,列车通过连通开孔隧道的气动特性得到明显改善;通道对初始压力上升、下降的抑制效果更为明显,对膨胀波的抑制作用更为突出。联络通道的设置使隧道压力波的波形呈现局部锯齿状。

亚音速真空管道磁浮系统内部流场复杂,研究管道断面外形对气动效应的影响至关重要。基于计算流体力学,考虑流体粘性与列车悬浮间隙建立了三维亚音速真空管道列车空气动力学模型,数值模拟并对比分析了四种不同断面外形管道内的气动力、流场和气动热效应。4种典型的管道外形为圆形、马蹄形、矩形和拱形。研究结果表明当阻塞比一定时,列车在拱形管道中受到的气动阻力最小,其次为圆形管道,矩形管道内的列车气动阻力最大;圆形管道内垂直方向的压力梯度最小,管道表面压力最低;亚音速真空管道磁浮系统中最高温度分布在列车鼓包两侧,最低温度分布在管道表面;不同断面外形对温度分布的影响较小。在管道断面面积一定的情况下,优先推荐选用拱形管道,其次为圆形管道。

随着高速列车运行速度的提高,其气动噪声问题逐渐凸显,如何准确快速预测高速列车的远场气动噪声成为关键.利用半自由空间的Green函数求解FW-H方程,推导了考虑半模型时的远场声学积分公式,提出通过半模型的数值计算结果预测全模型高速列车远场气动噪声的方法;建立了全模型和半模型高速列车的气动噪声数值计算模型,应用改进延迟的分离涡模拟方法对不同模型高速列车表面的气动噪声源进行求解;通过风洞试验进行了全模型高速列车的数值仿真计算方法验证;对比分析了全模型和半模型高速列车周围的流场结构、气动噪声源和远场气动噪声特性.结果表明半模型高速列车数值计算得到的列车周围流场结构、气动噪声源以及远场气动噪声特性与全模型的一致;采用半模型计算会过高估计列车尾车流线型区域表面压力的波动程度和噪声源的辐射强度,但...

为研究随机风作用下高速列车的非定常气动载荷基于COOPER理论和谐波叠加法计算随高速列车移动的点的脉动风分析车速和平均风速对量纲一功率谱密度的影响。采用计算流体动力学方法数值计算气动载荷系数随侧偏角的变化规律研究随机风作用下高速列车非定常气动载荷的计算方法并推导出非定常气动载荷的概率分布特性。通过仿真分析车速为200～400 km/h平均风速为10～35 m/s时的脉动风和非定常气动载荷发现量纲一功率谱密度随车速的增加往高频部分移动平均风速的变化对其影响较小;平均风速对脉动风速的影响大于车速对脉动风速的影响;当考虑侧偏角的变化时计算得到的非定常气动载荷的波动增大;采用准定常法和改进准定常法计算得到的非定常气动载荷具有随机过程的遍历性而采用权重函数法及改进权重函数法计算得到的非定常气动载荷不具

为改善高速列车的横风气动性能，建立高速列车流线型头型的多目标优化设计方法，以横风下高速列车的侧力和升力为优化目标，对高速列车流线型头型进行多目标自动优化设计。建立高速列车流线型头型的参数化模型，提取出5个优化设计变量，利用计算流体动力学方法进行高速列车流场计算，并结合多目标遗传算法，实现横风下高速列车流线型头型的自动寻优设计。通过相关性分析，得到影响侧力和升力的关键优化设计变量，并进一步研究关键优化设计变量和优化目标之间的非线性关系。经过多目标优化设计，获得一系列的Pareto最优头型，这些头型的横风气动性能均得到明显改善。同时为保证无风环境下高速列车的基本气动性能不发生恶化，最终筛选出8个Pareto最优头型。对于这8个Pareto最优头型，相对于原始头型来说，横风下的侧力最多可降低3...