科创研究院2018十一科研营:机械结构设计方向(高速轨道交通列车行车安全可靠性研究)

理工 2018-07-28 17:41:13

 科创研究院2018十一科研营

机械结构设计方向(高速轨道交通列车行车安全可靠性研究)

 

项目简介

近些年来,高速轨道交通来在我国取得了跨越式发展,高速铁路线路总里程已经超过2.6万公里,占世界总里程的百分之六十以上。高速轨道列车的运行舒适性、安全可靠性是非常重要的性能指标,是列车设计时重点关注的指标。例如,中国高铁运行时可以长时间竖起硬币而不倒,这说明车辆的振动加速度和幅值都控制的非常好;同时列车轮对在服役过程中,经历超长周次的循环载荷,仍能安全服役,这说明其可靠性研究和损伤容限设计先进。

 

此实习项目主要针对计划申请机械工程、车辆工程、航空航天、工程力学、固体力学等专业学员所设计。导师向学员讲述高速轮轨列车、磁悬浮列车的基本结构和运行原理。学员跟随导师一起工作,利用数值模拟手段,对车辆响应以及轮轨系统多轴应力进行仿真。通过学习和交流,使学员充分了解目前高速列车动力学问题和疲劳可靠性问题的研究方法,掌握车辆结构设计的基本方法,积累参与项目研究经验实习结束后,导师会根据学生表现出具推荐信。

 

项目内容

本实习项目主要介绍高速列车运行过程中,车辆响应和轮轨结构可靠性研究,主要分以下几个部分:

(1) 讲述高铁列车和磁悬浮列车的基本结构和原理,梳理高速列车当前研究中的重点方向,以及动力学问题和轮轨结构可靠性的分析方法;对研究中用到的理论和工具进行简单介绍,主要理论知识有结构动力学、数值积分、计算编程、PID控制基本知识,主要工具包括Fortran语言、Matlab/Simulink、ABAQUS等;

 

2)专题一:轨道车辆动态响应仿真

介绍目前结构动力学领域微分方程数值积分的常用方法-Runge-Kutta法;依据实际列车结构,推导建立高速轨道列车模型的振动控制方程;组织学员完成基于Runge-Kutta法的车辆动态响应仿真。介绍工业控制中常用PID控制算法,建立磁浮车辆简化悬浮模型,组织学员基于Simunlink和PID控制算法实现磁浮列车稳定悬浮。

 

3)专题二:轮轨系统多轴应力仿真

轮轨系统是轨道车辆安全可靠性的关键环节,利用计算固体力学方法对轮轨接触应力进行仿真。首先介绍计算固体力学基本原理,包括虚功原理,有限单元思想和目前业内应用广泛的两款计算软件,ANSYS和ABAQUS。然后采用ABAQUS有限元软件,模拟轮轨表面接触应力。

 

师资背景

教师就职于知名研究所和大学,博士,助理研究员,中国力学学会会员,Vehicle System Dynamics、Acta Mechanica Sinica等期刊审稿专家。发表SCI及EI论文10余篇,软件著作权8项。主要研究方向为:高速列车动力学与结构可靠性。主持和参与多项国家973、国家十三五重点研发项目、大型企业委托开发项目,主要主持或参与相关项目有:时速500公里高速列车关键力学问题研究、高速磁浮关键技术研究、高速列车长时间服役安全可靠性研究

 

招生对象及要求

大二以上优秀本科生及部分优秀高中生,计划申请机械工程、车辆工程、航空航天、工程力学、固体力学等专业学员所设计,具备力学原理相关知识。为了让学生可以更好的完成科研项目,项目组会以笔试和面试的形式对学生进行筛选。

 

招生对象及要求

时间:10.1-10.7

日期

时间

项目进度

Lab相关

10月1日

下午

外地学生入住酒店,破冰活动,自我介绍,学生分组,导师进行项目简介

 

10月2日

上午

中国轨道交通发展报告,介绍高铁和磁悬浮列车的基本结构;介绍高速列车当前研究中的重点、动力学问题分析方法;介绍磁悬浮列车悬浮于控制原理。

文献调研

下午

介绍结构动力学、数值积分、计算编程基本知识。

10月3日

上午

介绍一种经典数值积分方法Runge-Kutta法,学习编程语言-Fortran语言,介绍采用Runge-Kutta实现结构动力学仿真的经典案例。

编程实现Runge-Kutta法,对车辆响应进行仿真。

下午

建立高铁轮对动力学模型,基于Runge-Kutta法编程实现高铁轮对动态响应分析。

10月4日

上午

仿真软件-Matlab/Simulink软件,常用PID控制算法介绍,介绍使用Simulink软件进行控制系统分析的经典案例。

建立磁浮车辆悬浮模型,基于设计的算法对磁浮列车悬浮进行控制。

下午

基于Simulink实现电磁铁稳定悬浮控制。

10月5日

上午

高速列车结构件损伤破坏介绍

 

下午

计算固体力学学习,采用离散化的数值方法,求解结构件中载荷分布,涉及虚功原理,插值函数,雅克比矩阵,边界条件等

10月6日

上午

ABAQUS软件基础,涉及几何建模,边界条件设定,网格划分,后处理

轮轨多轴应力仿真,基于核磁接触理论

下午

高速列车轮轨系统接触应力计算,轮轨系统几何模型建立,边界条件设定

10月7日

上午

接触应力计算结果后处理,大作业验收与课程总结

项目成果演示,知识与心得分享

备注:实际行程安排顺序可能会根据特定原因进行调整

关闭

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