动力性能分析（共11篇）
动力性能分析 篇1
1 测试方法及技术
土层动力学参数测试技术分为剪切波速测试和地脉动测试, 这里将主要介绍前者提供的地层波速和动剪、动弹模。
剪切波速测试技术 (主要在钻孔中进行) 又分单孔法和跨孔法。近年来发展的瑞雷波测试技术也可以在地面上进行, 但还处于实验阶段。目前我国常用单孔法测试技术。单孔法测试技术就是把井中三分量检波器放在孔中自下而上提升检波器的探头, 并在地面距井口约五米处放置一块木板, 沿木板纵轴线水平敲击板端, 这样就有地震波传到孔中, 从而被检波器所接收, 然后通过电缆线传回地面控制仪器并接收其振动信号。左、右锤击木板同时得到正反两向的记录波形图。如图1 (某工地波速测试原始记录图, GJY-1型地震记录仪数据采集) 。
2 资料整理与解释
由实测波形记录图, 按左右锤击分水平方向X轴、Y轴, 垂直方向Z轴, 分开整理同-方向, 左击或右击自下而上的波形记录图。这项工作是靠仪器的内部指令, 或由计算机自动完成的。如图2是某工地水平X方向整理后的波形记录图。
根据波形记录图, 解释人员对波形的初至及相位进行了初步地分析判断, 保证正确完整的记录。根据水平方向检波器正、反向的波形记录, 确定剪切波振源到每一测点的初至时间。目前已经可以运用计算机自动读取初至时间, 按下式计算波的传播时间。
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式中:t——波的传播时间, 单位为s;H——测点深度, 单位为m;D——震源中心点至测试孔水平距离, 单位为m;t′——由震源到检测点的传播初至时间, 单位为s。
以深度H为纵座标, 以时间t为横座标, 绘制时距曲线, 根据时距曲线的不同斜率线段, 并结合地层的实际情况计算地层的剪切波速度。
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式中:Vs——底层剪切波速, 单位m/s。
ΔH——地层厚度, 单位为m。
Δt——对应△H的剪切波速传播时间差。
上述过程, 可以把记录的全部波形数据输入到计算机中, 由计算机自动绘制时距曲线, 自动求取地层剪切波的速度等。完成上述工作后, 根据任务的要求绘制波速测试工作布置图, 钻孔波速测试成果图 (横坐标、纵座标、深度、地层名称、测试深度、剪切波速、动剪切模量、动弹性模量、地层柱状图等) 。
3 计算机自动读取初至方法
人工从打印出来的记录波形图中量取初至, 或从屏幕移动光标中读取初至, 往往会造成不同程度的人为误差。
在各种数据采集仪都可以把采集的数据输入到计算机中, 或由计算机控制数据的采集。根据工作的需要我们开发出一套计算机自动读取初至的方法。并应用于实际操作, 这大大提高了工作效益和数据解释精度。其判别方法如下:
(1) 振幅识别。
研究表明, 在地震道时间序列中 (X1, X2, X3, ……X1……) 相邻采样值之间符合标准正态分布规律。用标准离差来衡量是否是有效信号:
undefined如果标准离差在一定范围之外, 那就不属于有效讯号;如果在一定范围之内, 那就属于有效讯号, 则可以进行下一步地判别。
(2) 延续性识别。
有效讯号有一定的延续性, 因此取有效讯号事情脉冲的前四个采样值, 判断它们是否是相同的符号, 如果是相同的符号, 则进一步认为是有效讯号, 否则, 则不是有效讯号。
(3) 讯号的形态识别。
观察地震的连续记录讯号表明, 有效讯号前半峰值往往小于它的第二半峰值。因此取有效讯号的第-个半周期上连续四个采样值和第二个半周期的四个采样值作比较, 如果前者幅值小于后者的幅值则通过, 反之, 则不通过。
(4) 脉冲预测。
根据勃郎斯威最小二乘预测原理进行判断。其实就是利用讯号到达之前的纯噪声段计算出预测因子h (t) , 对随后即将到来的讯号进行预测。如果随后到来的讯号是噪声, 那么二者的误差不大, 预测就成功。由于有效讯号与噪声是截然不同的两种讯号, 因此利用噪声段计算出的预测因子去预测随后到来的有效讯号事情, 二者的误差较大, 预测就失败, 由此判断其是无效讯事情。
由上述四个判别步骤确定的有效讯事情, 只是对各道进行了单独地判读, 而真正的初至时间尚且需要进一步地确定。确定方法是求出各道第一拐点时间ts, 然后将拐点时间ts与有效讯号时间to之差△t。求其平均值△t, 将各道拐点时间减去平均时差即为各道的正确初至时间。对于记录有严重干扰或不正常的个别道, 计算机判断有误时可由人工干预。
4 在工程建设中的应用
工程建筑场地土要划分场地土的类别和类型, 这是指场地范围内表层土刚度 (软硬) 的表征, 也是根据岩土的性状, 剪切波速或承载力划分的。场地土类型是确定建筑场地类别的主要依据, 场地土类别是场地条件的表征。
4.1 场地土类型
建筑的场地土类型划分是根据国家标准《建筑抗震设计规范》土层剪切波速范围划分的。见表1。
4.2 建筑场地类别
建筑的场地类别, 应根据土层等效剪切波速和场地覆盖层厚度将建筑场地划分为I、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ类, 见表2。
覆盖层的厚度是根据《建筑抗震设计规范 (GB50011-2001) 》定义的, 一般解释为从地面至剪切波速大于500m/s的土层或坚硬土顶面的距离。
从表中可以看出, 同一类土的波速值可以相差很多, 这是因为土的结构形状因地而异, 其饱和度、密度和有效应力等物理力学特性也有明显变化的原因。因此, 对于重要的、需要进行场地分类的建筑物, 都应该根据实测波速值。
摘要：土动力学是研究地震、波浪及机器基础等动荷载作用下土体的动变形、动强度以及稳定的一门学科。其主要研究内容可以概括为土的动力特性, 土的动力反应与稳定以及土与土体的动力测试技术三个方面。海洋钻井平台, 大坝, 地震中的房屋等, 其地基土均受到循环荷载作用, 为了防止其受力破坏, 必须对其地基土的动力特性进行试验研究。动弹性模量E和动剪切模量G是表征土的动力变形特性的重要参数, 其主要影响因素有:土体初始应力状态、土体本身性质、动力荷载性质等。因此, 通过试验模拟实际环境, 研究其变化特点及特征是很有必要的。土动力学的逐渐深入研究, 离不开不断发展的试验设备。室内测试技术包括动三轴仪、动扭剪仪、共振柱、共振台、离心模型试验等。原位测试技术包括剪切波速测试、弯曲元法、动力旁压试验等。
关键词：土动力学,基础,荷载作用,动变形
参考文献
[1]李波.孔扩张理论研究及其在静力触探技术中的应用[D].大连理工大学博士论文, 2007, (01) .
[2]刘元雪, 郑颖人.岩土弹塑性理论的加卸载准则探讨[J].岩石力学与工程学报, 2001, (06) .
[3]年廷凯, 栾茂田, 郑德凤, 等.基于极限分析下限方法的抗滑桩锚固深度检算[J]武汉理工大学学报, 2007, (08) .
动力性能分析 篇2
【论文摘要】媒介融合是当前媒介发展的一个主要趋势。本文重点分析了媒介融合的四大驱动因素：数字和网络技术的发展；对受众综合性媒体内容、主体性的地位及个性化的信息需求的满足；传媒行业的激烈竞争演变为合作；国际国内政策法规由控制转为支持。
“媒介融合”的概念，其英文单词Convergence,根据《牛津高阶英汉双解词典》，有两个意思[1]：（１）线条、运动物体会于一点，向一点会合、聚集；（２）（用于比喻义）两种事物相似或者相同。
因此，媒介融合就有两层意思，第一层意思是“会聚”“结合”，是将不同的媒介结合为一个共同体，是低层次的“融合”；第二层意思才是融合，是将不同的媒介形态“融合”为一种，是突破媒介形态的内在的统一，是融合发展的最高阶段。事物的发展过程是一个从低级到高级的过程，那么媒介融合的过程也应该是一个从低层次融合到高层次融合的过程。因此，笔者认为“媒介融合”是指各个媒介之间包括内容、技术、所有权、组织结构、文化等要素的一个从低级到高级逐渐发展统一的过程。正如AndrewNachison在“融合媒介”的定义中所强调的：“融合媒介”最值得关注的并不是集中了各种媒介的操作平台，而是媒介之间的合作模式[2]。笔者认为，这才是“媒介融合”的核心部分，也是当前媒介发展的一个主要趋势。
任何一个事物或现象的产生都有其必然的因果联系，媒介融合也不例外，它的产生，是技术进步、受众需求、传媒行业竞争和政府政策等这四个方面共同作用的结果。
一、数字、网络技术的推动
媒介发展的历史表明，技术的力量是媒介变革的根本动力。
数字技术的发展带来了传播方式和媒介形态的革命，使得传统的媒介边界走向消解，为媒介内容的共享提供了可能。而网络技术的发展，则是在实施这种共享，使得人们在任何时间、任何地点可以接收到任何形态的信息内容。如在手机上看报纸、看电视、上网。可以说，数字技术和网络技术的发展为媒介间的融合提供了必要的条件，是媒介融合的基础和前提。
二、受众需求的召唤
在媒介发展的进程中，受众的需求是支撑每一个创新和进步的最重要的内驱力量。
融合能满足受众对综合性的媒体内容的需求。网络媒体一出现就带有传播内容多媒体性、信息容量超限性和信息链接无限性的特质，这些特质使人类的信息传播方式产生了革命性的变化，也带来了人类信息消费方式的改变——由传统媒介的对信息分割式消费向综合性消费模式转变。可以说，受众对于不同的媒体内容的综合性需求是随着网络媒体的发展而被逐步激发的。
融合能满足受众对主体性地位的需求。在以传统媒介为主导的传播活动中，种种的不便使得受众迫切地需要改变这种不利处境，变被动地位为主体地位。受众对主体性地位的需求，要求传播媒介所传播的内容更丰富，接收更自由、无地域性，具有互动功能，这些需求传统媒介和网络媒介任何一方都很难满足。网络具有多媒体性、传播范围无限性和互动性，而传统媒介拥有巨大的采编队伍和大量的信息资源，只有传统媒介与网络相结合，才能实现双赢。
融合能满足受众对个性化信息的需求。个性化、多样化是现代社会的特征之一，现代受众已不满足于信息同质化的大众传播，而倾向于适合小众口味的内容和个性化的信息服务。网络媒介具有易检索的功能，这样，只需要将传统媒介丰富的信息内容进行整合和分类加工，受众就能在网上轻松地获得自己想要的信息。传统媒介和网络媒介只有集中各自的优势，相互融合，对媒介内容加以整合和分类加工，再通过不同渠道传播到特定的人群，使不同层次、不同兴趣爱好、不同信息需求的受众都能够获得适合自己的传播内容和讯息，这样才能充分满足受众对个性化信息的需要。
三、传媒行业竞争的驱动
网络媒介和传统媒介作为两种不同的传媒，必然存在竞争。两者通过激烈的竞争，优胜劣汰，调整组合，最终将形成新的、适应市场需要的经营模式。
1、传媒行业的竞争态势
传统媒介和网络媒介作为两大传媒，他们之间的竞争主要是综合实力的竞争，通过对媒介受众覆盖率、受众媒介接触时间和媒介经营收入等几个方面的比较，可以了解这两大媒介的竞争态势：
（1）传统媒介的受众覆盖率高于网络媒介。根据统计数据显示，在传统媒介中，电视的受众覆盖率最高，占96.23%；广播居其次，达到95.04%[3]；报纸没有专门的受众覆盖率统计数据，但按照一份报纸的实际阅读人数为3人统计，报纸媒介的覆盖率大约在24%上下。网络媒介的受众覆盖率相对较低，目前我国网络媒介的覆盖率为16%[4]。
但网络媒介是技术上最领先的媒介，随着技术的发展以及人们对新媒介的逐渐熟悉，其受众覆盖率将会达到较高的水平。
（2）网络媒介正在挤占传统媒介的受众接触时间。
根据统计数据，报纸的受众日平均接触时间为39分钟[5]，电视为176分钟[6]，且呈下降趋势。而网民的周平均上网时间为16.2小时[7]，日平均为2.3小时，即139分钟，已经趋近于电视的日平均收视时间，而且呈飞速上升形势。
——网络媒介正在挤占受众原先接触传统媒介的时间，而且呈不断上升趋势，而传统媒介正在流失受众接触的时间。
（3）网络媒介的经营收入赶超传统媒介。从2001年开始，虽然报纸、广播的广告经营额总量在不断增长，但是其广告经营额占全国广告总经营额的比重却变化不大。电视的广告经营额占全国广告经营额的比重虽然在不断增长，但2005年和2006年的增长率分别为21.87%和21.6%[8]，可见电视媒介的广告经营额增长放缓。
而网络媒介虽然起步晚，但是它的经济增长点多，且正处于新兴阶段，发展潜力巨大，总体呈上升趋势。传统媒介不想继续走下坡路，网络媒介也想更加快速发展，那么他们只有合作，才能使双方受益。
2、传媒行业的合作趋势
传统媒介和网络媒介各有优劣势，在竞争中合作是他们进行优势互补、战略重组，占据新世纪主导地位的现实需要。
（1）传统媒介渴望与网络媒介共舞。1999年1月9日，在美国举行的“新闻业与互联网”专题研讨会上，美国在线董事长凯茨说：“如果你们观察一下美国在线，你们会发现，我们没有记者和消息来源。但是，每天从美国在线获得他们感兴趣新闻的人，比全美国11家顶尖报纸的读者总数还要多；在黄金时间，我们的读者和CNN或MTV的观众一样多。”[9]
有学者提出，在网络传播时代，要发展壮大，传统媒介必须具备：一流的新闻信息产品；一个影响面广、可靠的内容发布系统；一个迅猛增长的市场；与合适的网络媒体整合[10]。许多传统媒介已有品牌、资金和人力优势，但缺失因特网技术。网络传播时代的最大挑战是高成本的传统媒介产品的营销，因此，与网络媒介整合则是其致胜之道。从现实层面看，传统媒介利用自身资源与电信、ISP等有网络资源的单位整合，能快速实现优势互补和战略重组，降低成本，聚集足够的能量抗衡更强的竞争对手。
（2）网络媒介只有与传统媒介在竞争的基础上进行整合，才能实现双赢。网络媒介虽然具有很多传统媒介无法比拟的优势，但仍然有自己的缺陷。首先，正茁壮成长的网络媒介在不能自己采制新闻的情况下，需要汲取传统媒介的内容、人力资源等养分。原创内容在任何时候都是媒介的命根，网络事业飞速发展，却并不拥有能吸引大量眼球的内容。网络媒介从诞生起，就从传统媒介获得新闻源。其次，传统媒介长期形成的政治属性和政策优势、机构组织等方面的固有优势都是令网络媒介望尘莫及的，而这些因素对一个新闻媒介来说，是占主导地位的。因此，一日千里的网络媒介看到传统媒介的优势和不可替代性，与传统媒介的整合成为一种理想的选择。
四、政策法规的支持
很多国家逐渐意识到分割管理对传媒发展的阻碍，便纷纷调整政策思路，开始为媒体松绑。
1、国际政策环境的变化
自上世纪80年代后，美国政府与联邦通信委员会先后制定了许多解除电信媒体管制的政策和法规。如1996年颁布的《电信法》，它放宽了对广播电台、电视台所有制的限定，并打破对媒介种类的限制和隔绝，允许电话公司参与有线电视市场的节目竞争。1998年1月1日，在新的电信传播法案获得通过后，引发出一场电讯、电子、媒体和文化企业的跨国、跨行业交叉兼并和产业重组浪潮，电讯拍电影、芯片放卫星、微机打电话、软件播新闻，业务的不断交叉，使美国的电讯、电视、微机、软件、互联网、卫星服务和媒体企业厮杀混战成一团。2003年9月,美国又制订了新的有关放宽广播电台经营的法令，如放宽一个企业经营的电台户数规模从占全国户数的35％放宽到45％等等[11]。
欧盟于1997年发布《迈向信息社会之路》，规定不同的网络平台都能一同传送电话信息、电视信息和电脑信息和数据，认为网络融合不仅是不同技术的融合，而且是不同业务（包括电信、电视、广播和电脑图像及文本数据业务，以及交互型多媒体业务）的融合，这种融合可以让用户通过地面广播网、卫星网、电缆网和宽带电话线（如ADSL）享用各种宽带数字业务。
2004年4月，韩国国会通过了新修订的《广播法》，允许进行卫星数字多媒体广播，电信公司韩国SK电讯通过开展卫星DMB业务进入广播领域。
2、国内政策的松动
受到国际政策环境的影响，媒介领域的融合化和全球化大潮也波及到中国，对中国广电媒介、电信及互联网业都产生了重要的影响。
我国在1998年曾提出过互联网、电信网、电视网合为一体的设想，但后来因中国电信拆分，导致该设想无疾而终。不过，三网融合始终是人们热议的话题，并被认为是行业不可阻挡的趋势。十六届五中全会公布的“十一五规划”中明确提出，加强宽带通信网、数字电视网和下一代互联网等信息基础设施建设，推进“三网融合”。这在宏观政策层面点燃了新的希望火花。
目前看来，三网融合从技术上来讲不存在障碍，从现实必要性上来讲也不存在争议，在以IPTV和手机电视为代表的融合类业务的推动下，我国的三网融合在2006年取得了实质性进展，行业之间建立了适当的合作模式，并得到了市场的认可。
从上世纪90年代的报刊杂志与网络的融合，到如今的电视、网络和电话三个产业的融合，媒介融合正在从理论向实践跨越，并成为当今媒介发展的主流趋势和重要表现。虽然“融合媒介”在包括美国在内的所有国家目前都还处于初始阶段，但今天媒介的融合趋势，其深度和广度超过了历史上的任何一个时期。从长远看，媒介融合的洪流是无法阻挡的，不止于内容的融合，更应是从媒介形态、结构、技术、功能、乃至传播方式的融合。随着科技的发展，以后也许会出现更加奇特，功能更加全面的新型媒介，但是他们始终是由媒介融合发展而来，传承着各种媒介的优势，同时又会具有某些新的特征。
参考文献
[1]《牛津高阶英汉双解词典》，牛津大学出版社，第四版
[2]陈浩文.再论“媒介融合”。
[3]数据来源：《2007广播电视年鉴》，中国广播电视年鉴，2007年
[4]《中国互联网络信息中心，第21次中国互联网络发展状况统计报告》，2008年1月，第12页
[5]数据来源：CTR市场研究
[6]根据CSM媒介研究全国127城市收视率调查2006年的数据
[7]《中国互联网络信息中心，第21次中国互联网络发展状况统计报告》，2008年1月
[8]数据来源：《2007广播电视年鉴》，中国广播电视年鉴，2007年
[9]《双赢》.[10]崔保国,李希光.新媒体老媒体：谁主沉浮[J].新闻传播，2005-5
关于货车车辆的动力分析 篇3
摘要:在传统的车辆设计中,曲线通过和稳定性是一对矛盾。研究人员曾采用多种方法试图同时提高这2种基本性能,该文针对机车轮对要传递牵引力的情形,开发了一种轮对交叉耦合机构,可以分离轮对导向和牵引力传递功能,并获得了成功应用。
关键词:车辆 动力 研究
1 曲线通过和稳定性
在传统的车辆设计中,曲线通过和稳定性是一对矛盾。研究人员曾采用多种方法试图同时提高这2种基本性能,该文针对机车轮对要传递牵引力的情形,开发了一种轮对交叉耦合机构,可以分离轮对导向和牵引力传递功能,并在瑞士联邦铁路公司460系列机车上成功应用,其车轮旋削周期较以前延长3倍一4倍。
美国运输技术中心(TTCl)H.Wu研究了货车转向架心盘摩擦对曲线通过和横向稳定性的影响,并对目前采用的心盘润滑材料进行了评价。主要结果如下:
1.1 在正常的车辆和轨道状态下,心盘润滑条件对轮轨横向力影响很小。
1.2 对于采用滚动接触旁承(RSB)的货车而言,心盘摩擦因数对车辆横向稳定性有重要影响,为了降低货车蛇行危险,心盘摩擦因数最小不能低于0.3。
1.3 常接触旁承(CCSB)可以有效地改善货车横向稳定性,于采用常接触旁承的货车来说,心盘摩擦对车辆失稳速度影响很小。
1.4 仿真结果显示,常接触旁承较滚动接触旁承平均提高蛇行失稳速度约16km。
1.5 聚酯作为心盘摩擦材料具有良好的应用前景。
此外,澳大利亚昆士兰中央大学的Y.Handoko等利用VAMPIRE软件首次研究了非对称制动力对货车曲线通过性能的影响。结果表明,货车通过曲线时若施加负的摇头力矩将增大冲角和轮轨横向力,不利于曲线通过。
2 车辆运动稳定性新进展
车辆非线性运动稳定性属于理论性很强的研究领域,甚至涉及浑沌、分叉等深层次概念。近2年国际上对此专题的研究仍以理论研究为主,但出现了一些新观点,如曲线上的运动稳定性、轨道体系对车辆运动稳定性的影响等。
丹麦工业大学H.True等在转向架非线性运动稳定性及分叉研究的基础上进一步分析了具有干摩擦悬挂阻尼货车轮对的动力学稳定性问题。澳大利亚F.Xia和丹麦工业大学H.Tme研究了三大件式货车转向架的动力学问题,其主要特点是考虑了楔块二维干摩擦特性(以前均简化为一维问题),计算出了三大件式货车转向架的线性和非线性临界速度分别为102.6km凡和73.8km凡。计算结果说明三大件式货车转向架呈现浑沌运动。
澳大利亚Y.Q.Sun等强调在货车蛇行运动稳定性计算中考虑轨道离散支承模型的重要性。结果表明,考虑粘弹性轨道模型计算得出的蛇行失稳临界速度要低于不考虑轨道模型(即“刚性”轨道)之值,一般低10%以下。采用车辆—轨道耦合动力学方法求解车辆临界速度,其结果是,采用中国的铁路参数,车辆临界速度差异在8%以下(考虑实际轨道弹性结构时临界速度更低),结果是类似的。该项研究结果对经典的车辆动力学计算方法(不考虑轨道结构弹性)中车辆临界速度的计算提出了质疑。因为经典方法会过高地估计车辆运行稳定性,因而是偏于危险的。德国DLR的J.Arn01d等探讨了考虑车轮弹性对铁道车辆运行性能的影响,认为轮对结构弹性会导致较刚性轮对更大的横向振幅,因而也会影响到整车的运行性能。
波兰华沙技术大学K.noinski等认为,考虑铁道车辆在曲线轨道上的运动稳定性是必要的。而在此之前人们研究车辆运动稳定性问题一般是针对直线轨道上车辆自激振动横向稳定性,曲线轨道(半径及超高等)被认为是一种外界激扰源而抑制了自激振动,因此该文必将引起一定争论。
3 车辆系统动力学其他领域研究进展
3.1 车辆悬挂 日本M.Adac山为了同时提高车辆曲线通过性能和运动稳定性,在车辆二系悬挂中增加了辅助弹簧(横向弹簧),采用VA朋PIRE软件进行了动态仿真,结果显示,该措施可以减小高速曲线通过时车体稳态横向加速度。中国西南交通大学邬平波等采用柔性车体模型并考虑半主动悬挂研究了客车的动力学响应。车体模型考虑了一阶垂弯、一阶横弯和一阶扭转模态,车辆其他部件仍视为刚体。计算比较了刚体和柔性车体模型下车体的垂向、横向平稳性指标,并利用滚动振动试验台进行了半主动悬挂试验。
3.2 弓网动力学 瑞典P.Harell等针对多受电弓受流情形,研究了接触网区段叠合(图8)对弓网动力学的影响,此项研究此前未见报道。接触网叠合区意大利S.Bru山等讨论了受电弓—接触网系统的中频、高频动态相互作用,主要分析了弓网接触力与离线之间的关系、吊杆对接触力的影响以及接触导线不规则磨耗的成因等问题。
3.3 空气动力学 意大利F.Cheli等采用数值仿真和风洞试验的方法研究了给定风场下作用于铁道车辆车体上的空气动载荷及其相应的车辆响应。日本铁道综合技术研究所M.Suzuh等采用运行试验和数值分析方法研究了列车在隧道中运行时车辆振动与空气动作用力的相互作用,以及减轻空气动力所导致的附加振动的对策。
4 车辆系统动力学研究新进展
综上所述,近2年来国际上铁道车辆系统动力学研究进展显著,特别是在提高车辆曲线通过性能、提高车辆运行稳定性和解决车辆微道相互作用实际问题等方面研究十分活跃,研究出许多新方法和新技术。
4.1 随着列车向快速化及高速化方向发展,综合解决车辆直线运动稳定性和曲线通过性能的方法、途径和技术措施将会继续成为广大铁路研究人员研究的热点之一。
4.2 主动控制技术是改进铁路机车车辆运行品质的有效方法,在铁路发达国家已得到广泛应用。然而,随着铁路运输与航空、公路运输竞争的进一步激化,不断提高列车运营速度并同时提高乘坐舒适性已成为现代铁路追求的目标。而实现这一目标的手段在很大程度上便是采用先进的主动控制技术。因此,这一领域发展前景广阔。
4.3 轮轨接触理论研究已日臻完善,而轮轨运输系统中由于轮轨滚动接触而产生的问题越来越多。因此,如何合理运用轮轨系统动力学(车辆做道系统动力学)理论研究解决这些实际问题(如轮轨不规则磨耗、滚动接触疲劳问题),必将成为本领域研究的一个重要方面,而要解决不规则的轮轨磨耗难题,需要发展同时考虑车辆俄道高频相互作用和损伤机制的综合模型。
4.4 车辆微道相互作用研究已越来越能反映铁路中的各种实际因素,今后将进一步走向实际工程应用,如高速(快速)铁路桥头过渡段轨道设计、大轴重货车对线路的动力作用研究、轮轨磨损及轨道沉陷预测、车辆榇道动态相互作用脱轨研究及安全评判标准确定等。
4.5 高速列车运行过程中(特别是通过隧道时)空气动力效应对车辆振动性能的影响问题已日益受到人们的关注,是进一步改善乘坐舒适性(包括降低噪声)不可回避的研究课题。
动力性能分析 篇4
串联型混合动力公交客车多能源系统各部件参数设计原则:要在满足汽车动力性能要求的前提下,从降低整车燃油消耗和排放,并减少发动机、发电机、电动机和动力电池组的重量及成本等方面综合确定。表1为动力系统设计的初始参数。
1. 发动机功率的确定
串联型混合动力公交客车的发动机功率可根据满足汽车最高车速的行驶要求所确定。按满足汽车最高车速75km/h的行驶要求计算发动机功率,即
式中,eP为发动机功率,kW;um为最高车速,km/h;g为重力加速度,m/s2。计算得发动机功率eP=114 kW。最终确定某款柴油发动机,功率为117 kW,图2为该发动机的万有特性图。
根据发动机万有特性图可作出最低油耗曲线,发动机将被控制在该曲线上一个较最低油耗区域工作,此时发动机可被控制的最大功率eP_ctl为107kw(1700rpm,600N.m)。
3. 发电机特性的确定
发电机输入功率一般应能传递发动机最大功率,本设计方案将发电机的额定输入功率取为能传递发动机被控制运行的最大功率
为可靠起见,取Pg_in=110kW。
发电机在恒转矩区应能传递发动机的最大转矩,根据发动机万有特性图,发动机最大转矩为600N.m,因此发电机额定转矩为
为可靠起见,取Tg_in=575N.m
发电机最高转速应满足发动机的实际最高转速。
发电机的额定输出功率为
圆整为gP-out=100kW
因发电机与发动机同轴布置并联合工作,故发电机的最高效率的转速区要与发动机的相同,尤其在(1300～1700)rpm的常用转速区。
4. 电动机特性和减速器速比的确定
本设计中主减速器速比是已确定的,因此减速齿轮的速比大小应能满足汽车的最高车速要求
式中nnmax为电动机的最大转速,r/min。
为了将减速比设计得大一点以减少电动机峰值转矩,因而可相应减少电动机电流,故最好选用高速电动机,但目前国内的永磁无刷直流电动机在高转速区的恒功率控制比较难,且高速轴承价格较高,因此取电动机连续运行时的最大转速nmmax=5000rpm,因此取ig=1.927。
电动机扩大恒功率区系数(电动机最高转速与额定转速之比)一般在2.5～5范围内,本设计取为2.5,因此电动机连续运行时的额定转速为
电动机连续运行的额定功率应能满足汽车最高车速行驶要求,即
计算得Pmr=79kW,为了能使汽车在一般的沥青或混凝路面上也具有较高的行驶车速,取
计算得Tmr=405N.m
电动机短时间运行的峰值功率应满足短时间运行的最大爬坡度和加速性能要求。
短时间运行的最大爬坡度要求所需要的电动机峰值转矩为
计算得Tmmax=1265N.m
汽车原地起步加速到ua的加速时间t如式(10)、(11)。
当ua≤umr时,
当ua>umr时,
式中,umr为电动机短时间运行的基速nmmr所对应的车速,km/h。
电动机短时间运行的基速选为nmmr=944rpm,因此电动机的峰值功率为
将nmmr、Pmmax值代入式(10)、(11),经编程计算得到0～50 km/h的加速时间t=20.7s,满足加速要求。
5. 蓄电池组参数的确定
5.1 蓄电池峰值功率
蓄电池的峰值功率应满足加速性能要求和短时间最大爬坡的要求。混合动力汽车加速时可以采用以下两种方式:(1)按汽车纯电驱动运行的加速来确定蓄电池的峰值功率,此时发动机关闭,因此蓄电池峰值功率比较大。(2)按发动机-发电机和蓄电池同时向电动机供电的方法实现加速,这样确定蓄电池峰值功率比较小。本设计中的混合动力公交客车为可外接充电式,即插电式混合动力公交客车。考虑到插电式混合动力公交客车的蓄电池容量比普通的混合动力公交客车大,一次加速(如0-50km/h)过程使蓄电池的荷电状态SOC下降较少,且为了避免在汽车起步加速时开启发动机,使发动机处于油耗和排放都较差的动态运行工况,因此原地起步加速时不启动发动机,而采用蓄电池-电动机的纯电驱动运行来加速,则蓄电池放电模式下的输出功率按电动机峰值功率计算
将该输出功率与附件电驱动系统所消耗的功率相加,得蓄电池需要的峰值功率165kW。
5.3 蓄电池容量
考虑到可利用夜间电网对蓄电池组充电,由于夜间电力价格便宜,因此如果将蓄电池组容量设计得大些,可以降低汽车运行的实际能量消耗费用,大大提高了汽车的经济性。但蓄电池组容量过大会导致蓄电池组重量过大,成本增加过多。最终确定了某款锂离子动力电池,标称容量为Q=100A.h,总电压E=516.8v。蓄电池SOC由100%降低到30%为止,汽车满载按30km/h匀速行驶的纯电机行驶里程为
计算得纯电机行驶里程43km。
串联型混合动力公交客车多能源动力系统各部件的设计参数见表3。
6. 结论
本文对串联型混合动力公交客车动力系统的设计依据及方法进行了分析,结合实际设计过程中的经验,将串联型混合动力公交客车当前存在的瓶颈归纳如下:
1)车用发电机产品不成熟。通过与多家电机厂家沟通,现有的发电机产品多用于静态环境,抗震性差,且噪音大,体积大,质量重,并不适合用于汽车;
2)整车空间结构布置比较紧张。与传统车相比较,串联式混合动力客车增加了两个功率较大的电机和一组大容量的动力电池,对于后驱的公交客车,后悬需放置发动机、发电机、电动机以及减速器,而这些受到后悬尺寸的限制,使得后悬空间布置紧张;
3)整车重量增加较多,且成本较高。由于需要两个大功率的电机以及大容量的动力电池组使得串联型混合动力客车重量增加较多,大大降低了客车的载客能力。成本上来看,电池组的价格居高不下,而串联型混合动力客车又对电池组容量要求较高,所以造成整车成本偏高。
参考文献
[1]余志生.汽车理论[M].第三版.北京:机械工业出版社,2004.
情感隐喻的动力意象图式分析 篇5
关键词：动力意象图式；情感隐喻；动力体；对抗体
[中图分类号]H030
[文献标识码]A
[文章编号]1006-2831（2013）11-0172-5 doi：10.3969/j.issn.1006-2831.2013.04.046
1 . 引言
自20世纪80年代认知语言学家Lakoff & Johnson联袂出版《我们赖以生存的隐喻》（Metaphors We Live By）以来，情感隐喻便成为人类认知研究的重点课题。情感是人类最普遍的身体体验之一，但情感往往抽象复杂，让人难以言状。为了更生动、直观地表达和理解抽象的情感概念，人们通常将它隐喻化。隐喻在情感的概念化中起着重要作用，“表达情感的语言绝大部分是隐喻化的”（K？vecses， 2000： 5）。近三十年来，国内外语言学家和学者便以Lakoff & Johnson的概念隐喻理论为框架考察了英汉语中基本情感的概念构成，并在一定范围内开展了英汉情感隐喻的对比研究，如Lakoff（1980， 1987），K？vecses（1986， 1990， 1995），Lakoff & K？vecses（1987），林书武（1998），张辉（2000）和彭懿（2007）等。此外，少数学者也从认知语言学家Fauconnier的概念整合理论的视角分析了情感隐喻的意义建构过程（如梅丽兰，2007；袁红梅，2009等）。认知语言学家Talmy提出的动力意象图式理论是情感隐喻认知研究的新视角。K？vecses（2000）和郭熙煌（2005）对情感隐喻进行了意象图式解读，但他们只借助意象图式理论对情感隐喻的认知机制做了笼统论述。本文拟在K？vecses（2000）和郭熙煌（2005）研究的基础上，以“愤怒”、“悲伤”和“恐惧”三种消极情感的情感隐喻为例，从意象图式的角度剖析情感隐喻的认知机制，以探讨动力意象图式理论对情感隐喻的认知阐释力。本文所选取的语料均来自北京大学汉语言研究中心语料库（CCL）和英国国家语料库（BNC）的语料检索。
2 . 动力意象图式理论简介
动力图式是Talmy（2000）根据力学原理提出的一种建构语言概念系统的基本意象图式。Talmy（2000： 413-414）将力学原理运用于语言结构关系的研究之中，认为语言结构的主要区别表现在两个力实体的角色差异上：一个实体为动力体（agonist），是注意力的焦点，在互动中显示力倾向；与之相对的另一实体则被称为对抗体（antagonist）。基于上述区分，Talmy提取出动力图式中的四对基本参数：
（1）力实体（动力体与对抗体）
（2）内在力倾向（动力体内在的力的倾向性，表现为趋向运动或趋向静止）
（3）力的相对强度（强实体与弱实体）
（4）力互动结果（动力体最终运动状态，即运动与静止）。
在动力意象图式中：动力体用一个圆表示，对抗体用一个不规则的矩形表示；动力体内的趋向箭头表示动力体趋向运动，黑色原点则表示动力体趋向静止；运动状态表示为带有方向箭头的线段，静止状态为带黑点的线段；带有加号的实体为强实体，带有减号的实体则为弱实体。具体如图1所示：
3 . 情感隐喻的动力意象图式分析
K？vecses（2000：61）指出，我们所熟知的大多数情感隐喻（如情感是火、争斗中的对手、自然力等）都体现了一个基本层次隐喻（generic-level metaphor）——情感是力（EMOTION IS FORCE）。情感是力这一隐喻以力图式作为其源域。K？vecses（2000：63）将上述力图式参数映射到情感领域，得到情感的动力图式结构如下：
动力体→情感动力体
对抗体→情感对抗体
动力体之力倾向→情感动力体之力倾向
对抗体之力倾向→情感对抗体之力倾向
动力体之最终状态→情感动力体之最终状态
情感动力体通常是理性自我（r a t i o n a l self），而情感对抗体则是情感或导致情感的原因。在力的互动中，自我（动力体）的力倾向是朝向静止，即不受情感的影响，情感（对抗体）的力倾向是对自我施力，使其产生变化。力互动的结果往往是自我失去理性和冷静，变得情绪激动起来。
下面我们就借助动力图式理论，以力的作用原理表明英汉“愤怒”、“悲伤”和“恐惧”隐喻源域与靶域概念之间的相互映射。我们分别以源域词语“anger、sadness、fear、（愤）怒、悲伤和恐惧”对BNC和CCL进行网络检索，采用Pragglejazz Group（2007）中的隐喻识别方法①逐条识别检索到的情感表达是否为隐喻，然后对检索到的隐喻表达进行分类细化和认知对比，并提取出这三种消极情感的主要概念隐喻。研究发现，“愤怒、悲伤和恐惧”隐喻具备鲜明的民族特征，如英语中最常见的“愤怒”隐喻是“愤怒是容器中的热流体/液体”（ANGER IS HOT FLUID/LIQUID IN A CONTAINER），而汉语中则为“愤怒是容器中的热气体（ANGER IS HOT GAS IN A CONTAINER）”，但它们也呈现出很大程度的跨文化相似性，如英汉语也共享“争斗中的对手（OPPONENT IN A STRUGGLE）、容器中的受压物质（SUBSTANCE IN A CONTAINER UNDER PRESSURE）、火（FIRE）、自然力（NATURAL FORCE）、进攻性动物（AGGRESSIVE ANIMAL）、热（HEAT）、负担（BURDEN）和疯狂（INSANITY）”等愤怒隐喻。同时，愤怒、悲伤和恐惧这三种情感也共享一些概念隐喻，如它们均被概念化成“争斗中的对手”、“自然力”、“受困的动物（CAPTIVE ANIMAL）和“负担”。本节我们即以动力图式理论来分析上述情感隐喻源域与靶域之间的隐喻映射机制。
3 . 1 ANGER IS INTERNAL PRESSURE
INSIDE A CONTAINER（愤怒是容器中的内部压力）
“容器中的受压物质”“液体”“热流体”“气体”和“火”这四个“愤怒”概念隐喻可置于一个基本层次隐喻——ANGER IS INTERNAL PRESSURE INSIDE A CONTAINER之下。该隐喻中“盛载”愤怒的容器通常是人体（或人体器官），“愤怒”物质通常是液体、热流体、气体和火。该隐喻的动力图式结构如下：
上述“愤怒”和“内部压力”间的映射关系在我们检索到的英汉“愤怒”概念隐喻（“容器中的受压物质”“液体”“热流体”“气体”和“火”）的隐喻表达中得到了很好的体现，体现了情感—反应的基本过程：
（1）“愤怒”物质上升，体内压力增大
a.容器中受压物质：anger bottle/build/fill up； contain/summon up ones anger； brimming a n g e r；……中充满愤怒；怒冲冲 b.液体：anger stir/churn in/bubble up/well up/swell； be immersed in anger c.热流体：anger seething inside/boiling over/up d.气体：怒气填膺/积心/冲冲/万丈；充满怒气 e.火：anger spark/ smoulder/blaze/crackle/flare （up）/sear； 怒火升起/升腾/冲/涌上心头；怒火万丈/一踹八丈高/往上冲
（2）自我试图控制“愤怒”
a.容器中受压物质：held-in anger b.液体：staunch ones anger c.热流体：keep the lid on ones anger d.气体：抑止/按捺/压/忍住怒气e.火：压抑/抑制/忍住怒火；怒火难遏
（3）“愤怒”失控
①溢出→a.容器中受压物质：outlet for ones anger； 泄怒 b.液体：anger spill over/out； anger seep out/away； anger pour out of sb. c.热流体：vent/give vent to ones anger d.气体：怒气消失/散/撒在……身上 e.火：怒火喷发/喷射/喷泻
②爆炸→a .容器中受压物质：a n g e r explode/erupt/burst out/blow up/have its volcanic eruption； pent-up anger b.液体：spurts of anger； c.气体：怒气冲天 d.火：怒火爆发
3 . 2 ANGER， FEAR & SADNESS IS AN OPPONENT IN A STRUGGLE（愤怒、恐惧和悲伤是争斗中的对手）
该隐喻的动力图式结构如下：
我们检索到的英汉语中“愤怒、恐惧和悲伤”隐喻的隐喻表达有力地证明了上述“争斗”源域和“自我与愤怒、恐惧和悲伤相互作用”目标域之间的相互映射关系，具体表现在以下几个方面：
（1）愤怒、恐惧或悲伤与自我交战→anger battle with sb.； sb. fight against/struggle with ones anger/sadness； collision of … and anger； sb. combat fear
（2）愤怒、恐惧或悲伤攻击、战胜并击毙“自我”→“anger assail/intrude on/eat into/ gain the upper hand/take hold of/tear through/ get the better of/grip/overcome/kill sb.； sb. cower at/shrink away from/shield away from/ lose to ones anger/be in the grip of/overcome by/seized with/be victims of ones anger； 被愤怒攫住；愤怒袭来/袭击/擒住某人”“fear grip/choke/take hold of/torment/overcome sb.； fear occupy ones mind/drive sb. away； sb. be seized/occupied by fear； sb. give way to/ be victim of fear； 心被恐惧占据；被恐惧奴役”“overwhelming sadness； sadness be overpowering； sadness close in on/overwhelm/ suffocate/take hold of sb.； 被悲伤攫住/蹂躏”。
（3）“自我”遭遇、压制和击败愤怒，恐惧或悲伤→“sb. confront/encounter/suppress/ resist/restrain/withstand/control/conquer/ subdue/clamp down ones anger； anger be vanquished/placated； 触犯众怒；压抑/抑制/控制/平息愤怒；平息众怒；遭受压制的愤怒”“sb. confront/counteract/endure/ward off sadness； 抑制心头的悲伤”“sb. attack/ combat/counteract/defense against/deal with/ tackle/banish/conquer/curb/hold down/push back/overcome fear； 被压抑的恐惧；克服恐惧感”。
3 . 3 ANGER， FEAR & ANGER IS A WILD/ CAPTIVE ANIMAL（愤怒、恐惧和悲伤是受困的动物）
“受困的动物”是“争斗中的对手”的特例。在“受困的动物”隐喻中，争斗发生在主人和试图挣脱他/她的动物之间。源域中的动力体是“主人”，力倾向是阻止动物逃脱，对抗体是“受困的动物”，力倾向为挣脱主人获得自由，最终运动状态是“动物获得自由或主人制止了动物的逃脱”。目标域中动力体为“理性自我”，其力倾向是试图使“愤怒、恐惧或悲伤”处于掌控之下，对抗体为“愤怒、恐惧或悲伤”，其力倾向为对自我施力使其失去控制，最终运动状态是“自我失去控制或使愤怒、恐惧或悲伤处于掌控之下”。该概念隐喻的隐喻表达印证了上述映射关系：（1）“愤怒、恐惧或悲伤”被束缚：reining anger； curb/hold on to ones anger； keep ones anger in check； sb. control fear； sb. control sadness（2）“愤怒、恐惧或悲伤”获得自由：anger be released/loosed； let loose/ release anger； unleashed anger； unleashing of anger； sb. unleash fear； sb. release sadness。
3 . 4 ANGER， SADNESS & FEAR IS A NATURAL FORCE（愤怒、悲伤和恐惧是自然力）
对自然界中的物体来说，洪水、潮流、波涛、雷电等自然力通常无法抗拒，只能被动承受其强大的力量。在“自然力”源域中，动力体为自然物，其力倾向为保持原样，对抗体为自然力，其力倾向为对自然物施加影响，最终运动状态为自然物被动承受自然力。将其映射到目标域中，我们得到目标域中动力体为理性自我，力倾向为保持冷静，对抗体为愤怒、悲伤或恐惧情感，力倾向为致使自我做出回应，最终运动状态为自我被动承受愤怒、悲伤或恐惧。下面是我们通过语料检索到的以自然力来概念化愤怒、悲伤和恐惧情感的语言实例：
“anger sweep across/over/through sb.； waves of anger wash over/jolt through sb.； great flood of anger wash through sb.； waves of savage anger threatening to sweep sb. beyond caution； be swamped/hit by a wave of anger； be washed away by a tide of anger”“sadness sweep/wash over/through sb.” “wave（s） of fear”；“雷霆震怒；惊涛骇浪”。
愤怒，悲伤或恐惧这一“自然力”如此强大，自我尽管也尝试“fighting down/warding off waves of anger/sadness/fear”，但结果往往是“waves/tide/flood of anger/sadness sweep across/wash/jolt through sb.”或“sb. be engulfed by panic”。
3 . 5 ANGER， SADNESS & FEAR IS BURDEN（愤怒、悲伤和恐惧是负担）
该隐喻中，源域动力体是人，力倾向为承受某重物或负担，对抗体是负担，力倾向为对人体施力，最终运动状态为人承受负担造成的身体不适。将源域中的动力体与对抗体间的关系映射到目标域愤怒、悲伤或恐惧中，我们可得到目标域中动力体是自我，力倾向是承受情感压力，对抗体是愤怒、悲伤和恐惧情感，力倾向是导致自我遭受其压力，最终运动状态为自我承受愤怒、悲伤和恐惧的压力。英汉语中的语料证实了这一点：“加重了愤怒；bear/carry anger； be freighted with anger； weigh up the strength of anger； weight of anger， heavy sadness； burden of sadness； sb. make sadness heavy； heart be heavy with sadness； sadness weigh heavily in heart； emotion outweigh sadness； 被悲伤压弯了腰”“fear be a burden； burdened by fear； heavy with fear； outweighed by fear； 一阵恐惧压在心头”。
4 . 结束语
本文借助动力意象图式理论对英汉语中的“愤怒”、“悲伤”和“恐惧”隐喻的映射机制进行了认知分析。研究表明，动力意象图式的力学运动模式可以深入细致地阐述情感隐喻力运动始源域和情感目标域间的映射过程，进而对情感隐喻的概念结构做出合理的解释。可见，与情感隐喻的常规解释主要从身体/生理模式将情感隐喻的源域与靶域概念结合起来一样，动力意象图式从物体的力学运动模式同样可以较为可信地剖析情感隐喻的映射机制（郭熙煌，2005： 39）。作为一种新的认识视角，隐喻认知机制的动力图式解读必将引起更多学者的关注和兴趣。
参考文献
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Lakoff， George and Johnson， Mark. Metaphors We Live by[M]. Chicago： University of Chicago Press， 1980.
Lakoff， George. Women， Fire and Dangerous Things： What Categories Reveal about the Mind[M]. Chicago： University of Chicago Press， 1987.
Leonard Talmy. Toward a Cognitive Semantics Volume I： Concept Structuring Systems[M]. Cambridge， MA： The MIT Press， 2000： 409-470.
Pragglejazz Group. MIP： a method for identifying metaphorically used words in discourse. Metaphor & Symbol 22， 2007： 1–39.
郭熙煌.情感隐喻的动力图式解释[J].天津外国语学院学报，2005（3）：36-40.
林书武.“愤怒”的概念隐喻——英语、汉语语料[J].外语与外语教学，1998（2）：9-13.
梅丽兰.概念合成理论框架下的情感隐喻认知阐释[J].江西社会科学，2007（6）：149-152.
彭懿.汉英“愤怒”情感新词的认知对比研究[J].外国语，2007（6）：32-38.
袁红梅.从概念整合理论看新奇爱情隐喻[J].齐齐哈尔大学学报（哲学社会科学版），2009（1）：115-118.
动力性能分析 篇6
混合动力汽车采用发动机和电动机作为动力, 成为解决能源危机和环境污染问题的有效手段[1,2]。发动机、动力电池、电机参数匹配结果的优劣决定着汽车的动力性和经济性[3]。
国内外学者对混合动力汽车动力系统匹配已经开展了一系列的研究, Sheu对混合动力汽车传动系参数匹配进行了研究, 建立了混合动力汽车传动系统参数评价方法[4]。Ehsani提出了并联混合动力汽车的动力总成参数设计原则和匹配方法[5]。S.Rinderknecht结合变速器对混合动力电动汽车的动力参数进行匹配分析[6]。清华大学卢兰光针对混合动力汽车提出了一种基于道路工况和整车功率需求分析的系统匹配方法[7]。重庆大学王锟应用正交试验法, 以车辆的燃油经济性作为目标对气电混合动力客车动力参数进行匹配与优化[8]。
本文针对山区城市道路行驶的油电混合动力客车进行研究, 对其发动机、电机以及动力电池组进行了选型, 对其动力系统参数进行匹配, 并通过ADVISOR软件进行仿真分析。
1 参数匹配的初始条件和要求
1.1 整车参数
某型号油电混合动力城市客车采用并联式结构, 其整车参数如表1所示。
1.2 设计目标
根据城市客车道路循环工况, 并充分考虑山区道路条件, 需增大车辆爬坡能力, 混合动力城市客车的动力性能要求如表2所示。
2 动力系统参数匹配设计
2.1 发动机选型
混合动力城市客车的发动机采用柴油发动机, 提供驱动力, 克服客车行驶阻力, 保证最高车速。
最高车速下的发动机功率计算如式 (1) 。
当混合动力混合客车以20km/h的速度爬坡15%时, 发动机功率需求应满足式 (2) 。
为满足客车0~50km/h加速时间小于35s, 发动机功率计算如式 (3) 。
从满足混合动力客车动力性角度考虑, 发动机功率选择应为Pel、Pe2和Pe3中的最大者。考虑到发动机所带的附件功率及空调负荷 (约10kw) , 并有1%~2%的爬坡功率裕量和10%的功率裕量为动力电池组充电, 因此发动机选取功率按照式 (4) 计算。
通过计算, 并充分考虑动力性因素, 混合动力城市客车发动机选择功率为150kw。
2.2 电机选型
混合动力城市客车发动机采用永磁同步电机, 由于在客车起步时发动机处于低转速, 效率低, 造成高油耗和高污染, 所以混合动力城市客车起步采用电机驱动。
在山区道路条件下, 客车在坡道起步时, 起步转矩不仅克服传动系统的静态阻力和路面静摩擦力, 还要用来克服坡道阻力, 起步之后立即加速, 一般要求起步车速达到3km/h~5km/h, 设计要求客车的最大爬坡度为20%, 混合动力客车电机最大功率计算如式 (5) 。
根据公式 (5) , 计算得出混合动力城市客车电机的最大功率为59kw。
2.3 动力电池组选型
动力电池的主要作用是在车辆起步、怠速等发动机效率较低状态下为电机提供所需能量, 在减速、制动时吸收反馈能量, 本混合动力城市客车选用锰酸锂电池。
客车起步时, 动力电池组以瞬间高功率的形式向电机提供电能, 因此电池组的功率必须大于电机输出的最大功率, 即:
动力电池组用作峰值电源, 能量不能完全地用于向驱动系传递功率, 其SOC值在0.3~0.8之间时, 内阻较小, 动力电池效率较高, 因此, 仅有部分存储在动力电池组的能量得到有效的应用, 动力电池的容量通过能量状态来计算, 即:
因此, 动力电池组的最小容量为5.5kw·h, 功率为66.7kw。
3 性能仿真及结果分析
在仿真软件ADVISOR中建立后驱并联混合动力城市客车模型, 并将匹配参数导入模型, 在UDDS工况循环下进行仿真, 循环工况、发动机转速、电机转矩以及动力电池组SOC值变化情况如图1~图4所示。
从图1~图4中可以看出, 当道路循环工况中车速需求较大时, 发动机与电机共同工作, 动力电池组SOC值下降, 为电机提供能量。当道路循环工况中车速需求明显减小或制动时, 电机进行根据动力电池组的SOC值情况, 提供转矩或者对动力电池进行充电。
整车性能仿真结果与设计要求对比如表3所示。
从表3可以看出, 仿真结果符合匹配设计要求。该混合动力城市客车与同型号传统燃油客车相比, 节油率可达到28.2%, 具有良好的动力性和节油率。
4 结论
根据整车动力性要求, 针对山区城市道路条件下某型号并联式混合动力城市客车的动力系统进行动力系统选型和参数匹配, 并通过ADVISOR软件对该混合动力城市客车进行仿真分析, 结果表明该混合动力城市客车动力性满足设计要求, 适于山区城市道路条件, 且具有良好的燃油经济性。
参考文献
[2]余志生.汽车理论[M].北京:机械工业出版社, 2006:58-59.
[3]景柱, 符纯明, 干年妃.纯电动汽车动力传动系统的匹配与仿真[J].汽车工程学报.2013.3 (1) :54-58.
[4]Sheu K B.Analysis and evaluation of hybrid scooter transmission systems[J].Applied Energy.2007, 84:1289-1304.
[6]RINDERKNECHT S, MEIER T.Electric Power Train Configurations and Their Transmission Systems[C].International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion, 2010:1564-1568.
[7]吴晓刚, 卢兰光.插电式串联混合动力汽车的系统匹配与仿真[J].汽车工程.2013.35 (7) :573-618.
动力性能分析 篇7
传统的动力学分析, 在进行动力学建模时, 时常把构件作为刚体, 做运动分析时不考虑其弹性变形。实际上, 机构在较大的载荷作用下或者作加减速运动时, 机构就会产生较大的弹性变形。因此要更真实地模拟机构的动态性能, 必须将构件作为弹性体进行分析。本文所研究的鱼雷热动力发动机就是一个结构复杂, 在大载荷下进行高速运动的多体系统, 为了深入研究发动机整个系统的振动及效率, 在刚体运动的基础上考虑连杆的柔性, 进行刚柔耦合动力学分析, 得到柔性体对整个发动机系统的影响[1]。
目前国外对鱼雷热动力发动机系统的柔性研究开展的工作仍然很少, 国内尚处于空白阶段, 只有了解结构的动态柔性特性, 发动机减振, 增加效率的研究才能有的放矢, 达到事半功倍的效果。
1柔体动力学的微分方程
柔体的广义坐标描述采取相对描述法[2], 如图1所示, 柔性体上一任意点P在运动过程中小变形后到P′点。柔性体上节点p′的位置为3个矢量和 (见图1) 。
式 (1) 中rp′—惯性坐标系中p′的矢量;ri—浮动坐标系原点在惯性坐标系中的矢量;ρ—P点到浮动坐标系原点在惯性坐标系中的矢量;upi—小变形在惯性坐标系中的矢量。
式 (1) 通常用整体坐标系下的矩阵形式表达:
式 (2) 中, A—局部坐标eb到整体坐标的转换矩阵。
变形矢量u
式 (3) 中Φp与节点P的模态矩阵的部分;模态坐标qi (i=1, …, m) 是柔性体的广义坐标, m是模态数。
因此, 柔性体的广义坐标可以表示为:
柔性体的运动方程建立在广义坐标基础上, 基于拉格朗日方程的控制微分方程的形式为:
式 (5) 中,
2 动力学模型的建立
利用Pro/E软件建立模型组, 活塞、连杆、汽缸和周转斜盘的三维实体模型, 自动计算各个组件和零件的密度、质量、转动惯量和质心位置。利用ADAMS/FLEX模块直接在模型中采用柔性体, 基于模态中性文件法对连杆的柔性体模型进行建模, 所建可视化模型如图2所示。根据活塞、连杆、汽缸和周转斜盘的实际运动关系, 将运动副简化成机构动力学模拟系统的理想约束, 组装成一个完整的机械系统, 如图3所示。由于连杆作为发动机的中枢, 其柔性作用对整个发动机的动力学特性有非常重要的影响, 所以连杆在工作时产生的弹性变形必须在计算分析中予以考虑。为了研究上述发动机的动态特性, 求解了连杆前六阶的自由模态, 通过对自由模态进行Craig-Bampton模态正交化处理, 并以此为基础分析连杆在柔体动力学计算中的机械响应特性。建立柔性连杆的多体动力学系统[3]。
3 动力学仿真与分析
仿真时间0.02 s, 仿真步200, 仿真结果如图4所示。
从图4中可以得到, 连杆的质心位置在运动过程中X, Y, Z方向都有位移变形, 而在刚体仿真中, 变化都为0, 且在X方向上最大变形为-1.3×10-4m, 在Y方向上最大变形为-5.9×10-5m, 在Z方向上最大变形为1.2×10-4m, 可以看出, X, Y, Z三个方向的位移虽然有变形, 但是都很微小, 并不影响连杆的正常运动。
图5, 图6分别代表连杆在刚体运动和刚柔耦合运动中动能的变化曲线, 与刚性体相比, 柔性体的动能降低了, 没有把所有的作用力作的功转化为动能, 而是自己本身吸收了一部分, 说明柔性体本身具有吸收能量的特性。
图 7, 图 8, 图 9, 图 10分别代表活塞质心在刚体运动和刚柔耦合运动中轴向角加速度的变化曲线以及周转斜盘在刚体运动和刚柔耦合运作中轴向角加速度的变化曲线, 通过对比可以知道, 连杆柔性化后, 对活塞和周转斜盘的轴向角加速度有显著影响, 在刚体运动时, 活塞的轴向角加速度有一定的小幅度变化, 而周转斜盘的角加速度一直为0, 在刚柔耦合运动中, 活塞和周转斜盘的角加速度变化很大, 而且频率很快, 在一个载荷步 (0.001 s) 内, 就突变到最大, 然后在下一个载荷步归零, 又在下一个载荷步突变到最小, 然后在下一个载荷步归于零。
对于一个活塞连杆系统, 驱动力是加载于连杆上, 活塞和周转斜盘均可以看作是系统的输出, 即在系统的输出转矩方面, 输出量并不平稳, 振动很大, 这说明了相比刚性连杆, 柔性体连杆更不稳定, 在相同的输入状态下, 柔性杆对输出有较大影响。
从图11中可以得到, 连杆的应变和连杆单元所受到的力的趋势基本一致, 可以看出连杆在驱动力的作用下在刚开始的位置有一个突变, 最大应变为2.9 (N·M) , 最大作用力为34 594 N, 所以最大变形为8.4×10-5m, 这是活塞运动到上死点时, 汽缸内气体燃烧, 压力突然变化产生的, 但其作用结果很小, 并不影响连杆的正常工作。
4 ANSYS瞬态动力学分析
连杆的瞬态动力学分析由ANSYS软件完成, 为考虑运动及运动约束对其的影响, 用ADAMS的刚柔耦合分析形成瞬态分析的载荷步文件, 导入到ANSYS中分析构件的应力、应变力学性能。从图12可以看出连杆变形最大的时候是在第69步, 也就是0.069 s的时候, 变形为0.143 mm, 所以在ANSYS的瞬态分析中取第69个载荷步, 得到结果如图13所示, 最大变形为0.146 mm。根据计算结果可以认为, 柔性动力学模型仿真分析的结果是合理的, 对指导发动机的动态设计是有帮助的。
5 结论
利用机械动力学分析软件对热动力发动机进行了特性仿真预测分析, 建立了包括活周转斜盘、活塞、汽缸和柔性连杆的多体动力学系统仿真模型, 求出了在燃烧压力作用下连杆的变化特性曲线, 分析结果与该发动机在实际工作中的情况是吻合的, 为热动力发动机整体结构设计与改进提供了理论依据。
通过刚柔两状态的对比仿真, 我们可以得出这样的结论:
(1) 连杆的刚柔性与否会对系统造成一定的影响;
(2) 柔性连杆的主要影响在于对能量的吸收, 柔性连杆的速度、动能都比刚性连杆要小。
(3) 连杆的刚柔性与否对系统的输出, 即活塞的位移、速度和动能都有一定的影响, 但都不是不大。这也说明, 柔性体自身的振动是小幅振动。
摘要：以热动力发动机为研究对象, 应用多体系统动力学对发动机的活塞连杆机构进行仿真研究, 基于动力学仿真软件AD-AMS和通用有限元软件ANSYS相结合, 利用柔性体动力学仿真得到在工作状态下柔性连杆对系统性能的影响, 并用有限元对连杆的动应力分布进行计算和分析, 使得在结构设计阶段就对可以系统性能进行评价, 为发动机的设计和生产调试奠定基础。
关键词：热动力发动机,多体动力学,柔性体动力学仿真
参考文献
[1]刘延柱, 洪嘉振, 杨海兴.多刚体系统动力学.北京:高等教育出版社, 1980
[2]陆佑方.柔性多体系统动力学.北京:高等教育出版社, 1996
设备的结构动力分析 篇8
随着我国对外出口和对外投资的进一步扩大,国内的电厂设计和施工逐渐走出国门。在中高端市场,应用国标(GB)系列的结构计算和设计很难被认同,只有使用美标或欧标进行设计才能得到业主或业主工程师的认可。笔者粗略地介绍了关于设备的基础动力分析的一些国外规范和应用,以供参考。
动力设备基础的动力分析最基本的目的即为将动力幅值控制在设备正常运行和不影响在设备附近的工作人员工作的幅值范围内。允许幅值与转速、位置及设备性能相关。另外动力设备的设计准则包含避免共振和过度的传递给基础或结构。因此,需要对土—基础在设备运行时的动力荷载作用下的反应进行详细分析。
2 动力设备的基础
动力设备包含转动设备、往复运动设备、冲击设备等。电厂中的动力设备大多是转动设备,将着重针对转动设备展开论述。设备在动力荷载作用下的反应与土体的相关参数密不可分。以ACI351.3R[1],ISO10816 part1-part3[2],DIN4024 part1-part2[3]为主要参考,从土体参数、性能标准、荷载种类、动力分析方面说明设备的动力分析。
2.1 土体参数
研究设备基础的动力分析,土体参数例如泊松比、动剪切模量和土体的阻尼都是必不可少的。
2.1.1 动剪切模量
土的动剪切模量,可从现场勘探获得。而不是依赖于大概的土体的分类得出的广义相关系数。动剪切模量G是剪切应力与剪切变形之间的斜率。大多数的土不是线弹性的。动剪切模量可由以下几种方法获得:
1)现场测量土体的剪切波速,从而获得动剪切模量。
式中:ρ———土体的密度;
Vs———土体的剪切波速;
G———土体的动剪切模量。
2)原状土样的试验分析,相对于第1)种方法,试验分析的数据欠精确,原因在于土样扰动。
3)根据土体的其他特性推算出来,这种方法精确度欠佳。一般在初设阶段上使用。
对于圆粒状砂土,e<0.8。
对于尖角颗粒状的土和固结黏土,e>0.6。
式中:ev———孔隙比;
σ0———土的围压。
2.1.2 土的阻尼
土的阻尼包含两种效应:几何阻尼和材料阻尼。几何阻尼为在视为弹性半空间体的地基土中振波向四周传播时的能量损失,亦称辐射阻尼。材料阻尼是一个机制比较复杂的物理量,由多种基本的物理机制组合而成。由于为土体的非弹性,再循环荷载下的滞回曲线。
对于设备基础,动力运动的幅值导致土体的应变一般都小于10-3%。经受地震或爆炸的基础可能会引发土体的大应变。根据经验,阻尼比在低应变时是一个恒值,一般情况下取值为5%;由于土体的非线弹性,在大应变时,阻尼比随着应变增大而增大。
2.1.3 泊松比
泊松比可通过测量波在土中传播速度计算获得。但计算起来难度颇大。基础的刚度和阻尼对于泊松比的变化一般都不敏感。如果手头没有明确的泊松比数据,对于无粘性土泊松比可取0.33,对于粘性土,泊松比可取0.4。
2.2 性能标准
对振动性能标准,ACI351.3R引用了ISO10816的界限值。
ISO10816-part1(机械振动—在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动—总则)。ISO10816-part2(机械振动—在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动—功率大于50 MW,运行转速为1 500 rpm,1 800 rpm,3 000 rpm和3 600 rpm的陆地安装的大型汽轮发电机组),本标准适用于额定功率大于50 MW,额定工作转速范围为1 500 rpm,1 800 rpm,3 000 rpm及3 600 rpm的陆地安装的大型汽轮发电机组。ISO10816-part3(机械振动—在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动—额定功率大于15 k W,额定转速在120 rpm~15 000 rpm现场测量的工业机器)。
振动速度的均方根值(r.m.s)作为主要评估量。如果振动波形是基于单个正弦曲线组成,则在峰值与均方根之间存在简单变换关系,将均方根值乘以后表示为单峰值。
2.3 荷载种类
作用在基础上的力包含静力荷载和动力荷载。静力荷载主要是指动力设备和辅助设施的恒载、活载及环境荷载。动力荷载是指设备在运行过程中由于转子部件质量不平衡产生的力。动力荷载与设备的转速、尺寸、重量等相关。
动力荷载—不均衡力。不均衡力产生于转动部件质心与转动轴不一致。离心力在设备使用年限内逐年增长,原因有设备本身的磨损和污垢积聚等。在运行过程中,偏心的质量会产生离心力并且与设备的转动速度成正比。在设备服役期间随着设备老化、污垢积累等,离心力将不断增加(见图1)。
由不平衡产生的动力幅值有如下几种算法:
1)由厂家提供的不平衡力:
式中:Fo———动力幅值(0~峰值),N;
mr———转动质量,kg;
em———质量偏心,mm;
ω0———设备转动频率,rad/s;
Sf———使用系数,用来说明随着设备服役期间增长的不平衡,一般取值不小于2。
2)根据工业标准的不平衡力:
根据ISO1940,Q值如表1所示。
3)根据经验公式的不平衡力:
其中,Wr为转动重量。
2.4 动力分析
根据经验或设备厂家的建议,先初步确定基础的尺寸。对预先确定尺寸的基础计算振动参数,如自振频率、振幅值、速度和加速度。
2.4.1 经验法则
用足够的基础质量以消弱和吸收振动。一般来说,基础的质量至少是转动设备质量的3倍以上,是往复运动设备的5倍以上。对于桩基的设备基础来说,基础的质量是转动设备的2.5倍以上,是往复设备的4倍以上。设备—基础的质心与刚心的偏心距小于5%的基础平面尺寸。
2.4.2 动力分析法
结构简化成数学模型,模型中包含设备、基础、土体或桩。需要设备的重量,竖向拟动力,水平向拟动力(横向和纵向),计算自振频率、变形满足2.2节提到的振动性能标准。
1)自由振动分析。
确定设备—基础的自振频率及振型。自振频率反映了设备—基础—土体的刚度;比较设备本身的频率,避免共振产生。频率分析公式如下:
式中:[M]———质量矩阵;
[K]———刚度矩阵;
X(t)———位移。
通过自由振动分析可获得基础的自振频率和振型。自振频率表明了设备—基础—土体系统的刚度;通过比较自振频率与设备本身频率,得知是否存在共振。
振态分析,自振频率fn,为了避免共振,要求同时满足下面两式(DIN4024)。
式中:fn———各阶自振频率;
fm———设备的工作频率。
一般情况下,凡是基础的各阶自振频率落在共振区间(0.8 fm<fn<1.25fm)的,都需要做强迫振动响应分析,从而验证基础的振动特性,并证实有无共振存在。
2)强迫振动分析。
可以采用直接解析法和振型叠加法。直接解析法分为显式和隐式法,而不用进行模态分析。振型叠加法转化为一系列单自由度体系动力反映问题的求解,即假设结构的动态反应,可以由各个模态线性叠加。在线性结构的条件下,振型叠加法比直接解析法更有效率。
式中:[C]———阻尼矩阵;
F(t)———动力荷载。
STAAD.Pro可以实现振型叠加法。将不平衡力F以竖向拟动力,水平向拟动力施加在设备的转动轴上,判断获得各振子的振动位移、速度、加速度是否在2.2节所列范围内。
3 结语
在实际的设计工作中,需与动力设备厂家密切配合,了解厂家对设备基础的要求,掌握所需的地质资料,并且结合规范,保证动力设备基础的安全性,同时考虑其经济性。针对不同的工程地质条件,相同的动力设备,设备的基础无法复制,必须经过前文所述的动力计算,保证土—基础—设备系统的动力特性满足相关要求。
参考文献
[1]ACI351.3R,动力设备的基础[S].
[2]ISO10816,振动监测评估标准[S].
[3]DIN4024,动力基础规范[S].
动力性能分析 篇9
应用起动机发电机一体化(ISG)技术的轻度混合动力汽车(ISG-MHV),混合程度小,电机功率低,最容易在轿车上实现[1]。本文所研究的混合动力系统由ISG电机转子代替飞轮刚性连接到曲轴输出端形成。和传统的曲轴系统相比,混合动力系统轴系的结构形式和外载荷都发生了变化———曲轴输出端和电机转子刚性连接形成机电耦合轴;机电耦合轴曲轴端承受着原发动机施加的载荷,转子端承受着电机的电磁力。文献[2,3]对混合动力结构形式改变引起的轴系振动和应力分布的变化情况进行研究,没有考虑轴承的润滑特性改变;文献[4,5]对曲轴系统轴承的润滑性能进行了研究,没有考虑曲轴和缸体对轴承的相互作用。由于轴系结构和外载荷的变化会改变轴承的润滑情况,严重时甚至会造成混合动力系统轴系(特别是电机转子部分)的损伤和断裂,而且混合动力系统在电机轴承及电机的设计和选型时主要依靠经验判断,还没有明确理论依据支撑,因此对混合动力系统滑动轴承进行润滑分析非常必要,尤其是对混合动力系统的电机选型和设计具有重要的意义。本文建立了包括机电耦合轴模型、发动机缸体模型和滑动轴承润滑模型在内的混合动力系统轴系模型;计入发动机缸体、机电耦合轴和轴承的相互作用的同时,分析了在不同混合动力工况和电机功率情况下轴承的动力润滑特性。
2 建立混合动力系统轴系模型
混合动力系统由滑动轴承、机电耦合轴和发动机缸体共同组成。机电耦合轴和缸体对轴承润滑性能均有影响,要分析混合动力系统轴承性能首先要建立包括滑动轴承、机电耦合轴和缸体在内的混合动力系统轴系模型。
2.1 轴承润滑模型
2.1.1 雷诺方程
轴承润滑油为牛顿流体,用湍流的平均运动方程雷诺方程(1)对润滑油的液体动力润滑特性进行分析[6],从而描述油膜的压力分布
其中,p(z,θ,t)为油膜压力;h(z,θ,t)为油膜厚度;z为油膜的轴向位置;θ为油膜的周向角度;t为时间;油膜压力和油膜厚度均是油膜位置和时间的函数;μ为润滑油粘度;R为曲拐半径;ω为机电耦合轴角速度。由于混合动力系统中轴承承载大,精度高,选择合理的气穴边界条件,对轴承的润滑分析有重要的实际意义[7],本文应用的是Gümbel气穴边界[8]条件。
2.1.2 雷诺方程的数值分析
本文应用沙漏控制的双线性矩形单元来离散油膜区域。将油膜区域沿圆周方向划分为m等份,沿轴向划分为n等份,所有的网格尺寸均为(△z,△θ),其中△θ=2π/(m-1);△z=L/(n-1)。
用摄动法改写雷诺方程,保留方程一阶项,并按照变量分解得到如下两个方程
用Galerkin法得到式(2)、(3)的弱形式
其中单元油膜厚度取同一单元四个节点处油膜厚度的平均值(6)
油膜厚度变化速率为同一单元两个相邻时间步上的厚度差在时间上的平均值
其中下标k表示时间步;上标e表示单元号。将式(6)和式(7)代入雷诺方程弱形式(4)、(5)积分后,整理得到包含待求参数初始压强和扰动压强在单元上的等式,将所有单元等式组合起来得到对应的总体方程:
其中,[K]为油膜刚度矩阵;{f0}为载荷向量;{f1}为载荷增量。在每个时间步解方程(8)得出油膜初始压力P0,解方程(9)得到油膜扰动压力△p,直到总压力p=p0+△p可以承受外载荷为止。用牛顿迭代法进行非线性迭代来计算各个时间步的油膜厚度变化量△h。
2.1.3 轴承模型求解步骤
轴承液体动力润滑分析的目标是求解一个载荷周期内的油膜压力、油膜厚度和轴心轨迹,其中油膜厚度和轴心轨迹都可以通过偏心率计算出来。在每个时间步,应用有限元法结合摄动法和Galerkin法对雷诺方程进行迭代求解油膜压力和偏心量。
2.2 机电耦合轴模型
机电耦合轴是指ISG电机转子代替飞轮刚性连接到曲轴输出端后形成的轴。用有限元法将机电耦合轴划分为39164个六面体单元,包括47320个节点和141960个自由度。
基于哈密顿原理和有限元法建立机电耦合轴的运动方程(12)
其中:[Mc]和[Kc]分别为质量和刚度矩阵,来源于有限元模型;[Cc]为阻尼矩阵,应用瑞利阻尼;{Fc}是载荷向量,来源于混合动力系统轴系多体动力学分析;{uc}为位移向量;上标c表示机电耦合轴。{Fc}和{uc}都是时间t和空间s的函数。
2.3 发动机缸体模型
为了减少计算量用沿轴承轴向分布的三个线形弹簧来等效替代缸体的分布刚度。三个线形弹簧分别位于轴承的两端和中间,沿竖直和水平方向。缸体刚度为K,则两端弹簧的刚度均为K/6,中间为K/3。
缸体运动方程在旋转坐标系下表示为
其中,{Urb}是缸体的和轴承接触处的界面位移;{Fb}是作用在缸体上的外力;[Kb]是刚度矩阵;[Cb]是阻尼矩阵;上标b表示发动机缸体。
2.4 混合动力系统轴系模型
机电耦合轴的位移{uc}经过简化可以表示为{uic|Urc}T。其中{uic}是简化后的机电耦合轴内部位移;{Urc}是机电耦合轴和轴承接触处的界面位移。简化后的机电耦合轴运动方程可以表示为
主轴承的偏心量可以定义为机电耦合轴的位移和缸体位移在轴承处的偏移:{ε}=[Urc]-[Urb](15)
由机电耦合轴、发动机缸体在主轴承处的作用力与反作用力关系可得出:[Frc]=-[Fb](16)
综合式(13)、(15)和(16)有
将式(17)代入式(14)得到
对式(18)进行积分,求解混合动力系统轴系简化系统的动力学响应。由于轴承油膜润滑性能的非线性,包含油膜非线性参数偏心量{ε}的式(18)也具有非线性,所以在求解方程时应用Newton-Raphson法结合Newmark法进行迭代求解。
3 混合动力系统轴承润滑分析结果
3.1 不同混合动力工况对轴承润滑性能的影响
当系统处于混合动力工况时,相当于在机电耦合轴转子端施加了一个和旋转方向相同或者相反的力矩。该力矩直接作用在机电耦合轴上,会改变轴系受力从而影响系统轴承的润滑情况。
3.2 不同功率电机对轴承润滑性能的影响
对于混合动力系统来说,选用不同功率电机相当于在机电耦合轴转子端施加不同的电磁力矩,也会影响轴承的润滑情况。本节以不同功率电机对第二主轴承和电机输出端轴承垂直方向偏心率和油膜压力的影响,来说明电机不同功率情况下对混合动力系统轴承润滑性能的影响。模型机为1.6L直列四缸水冷汽油机,工作转速为3000r/min,混合动力系统分别选用15k W、30k W、45k W的电机。
综上所述,混合动力工况改变和电机功率变化对主轴承的偏心率和油膜压力影响不大,不会影响轴系的正常运行;电机助力工况增大了电机输出端轴承油膜压力,发电工况则减小;电机处于助力工况时功率越大,轴承油膜压力越高,但是增大幅度不足以影响轴承的正常工作;当混合动力工况和电机功率改变时,电机端轴承偏心率发生了明显变化,即电机转子轴心轨迹发生变化。
4 结论
建立了包括轴承润滑模型、机电耦合轴模型和发动机缸体模型在内的混合动力系统轴系模型。依此模型,对系统轴承润滑性能进行计算,分别计算了在一个发动机工作循环内,不同混合动力工况和不同功率电机情况下轴承的油膜压力和轴承偏心率,通过对计算结果分析比较,得出以下结论:
(1)通过建立混合动力系统轴系模型,可以分析混合动力系统不同混合工况和不同功率电机情况下系统轴承的润滑性能;
(2)不同混合动力工况和不同功率电机对主轴承的油膜压力和偏心率影响都很小,不会影响轴系的正常工作。1.6L发动机选择功率在45k W以内的ISG电机形成混合动力系统都可以安全运行;
(3)电机输出端轴承的油膜压力和偏心率都小于主轴承,润滑情况良好。根据计算出的油膜压力可以优化电机轴承的选取;
(4)求解轴系模型可以计算出混合动力不同工况和电机不同功率情况下的电机转子轴心轨迹,从而为混合动力系统电机设计、选型以及控制策略提供可靠的依据。
摘要：建立了包括滑动轴承、机电耦合轴和发动机缸体在内的混合动力系统轴系数学模型,依此模型对混合动力系统轴承液体动力润滑性能进行分析,分别计算了一个工作周期内不同混合动力工况和不同电机功率情况下滑动轴承的偏心率和油膜压力。计算结果的分析表明,混合动力工况改变和电机功率的增大不会明显影响混合动力系统轴承的偏心率和油膜压力;根据机电耦合轴电机端轴承的油膜压力和偏心率可以优化电机轴承以及电机的选型和设计。
关键词：ISG,混合动力,滑动轴承,液体动力润滑
参考文献
[1]李鹏.ISG型轻度混合动力汽车系统概述[J].上海汽车,2007(3):3-6.
[2]岳东鹏.轻度HEV混合动力系统轴系机电耦合动力学特性的研究[D].天津:天津大学,2005:62-113.
[3]ZHOU J Y,et al.Effect of Electro-Mechanical Coupling on Dynamic Performance of Crankshaft of ISG HEV[C]//Proceedings of the9th International Conference of Chinese TransportationProfessionals,2009:2009-2015.
[4]汪森,等.内燃机主轴承EHD模拟计算研究[J].润滑与密封,2007,32(3):156-160.
[5]何芝仙,曹菁.计入轴瓦弹性变形的内燃机主轴承润滑分析[J].轴承,2007(9):25-28.
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[7]吴承伟,郑林庆.关于雷诺方程气穴边界条件的若干问题[J].润滑与密封,1988(2):10-14.
杠秆作图中“最小动力”问题分析 篇10
要正确画出杠杆上各力的力臂，首先要明确力臂的概念.力臂是从支点到力的作用线的垂直距离.力臂的画法一般分如下几步：①根据题意确定支点O；②画好动力作用线和阻力作用线，必要的时候要用虚线将力的作用线延长；③从支点O向力的作用线引垂线，画出垂足，则从支点到力的作用线的垂直距离就是力臂，力臂用虚线表示，并用大括号标出力臂的长短f或用实线表示，实线两端带箭头表示力臂的长短），在旁边标上字母1ι.和ι2分别表示动力臂和阻力臂.例1 如图1所示，画出拉力F的力臂f-分析：已知杠杆的支点o、动力F的作用点和方向，根据力臂的概念.可以过力的作用点沿力的方向画出力的作用线，如图2中的虚线.从支点o向拉力F的作用线画垂线，如图3所示，在图上标出垂足、大括号和对应力臂的符号ι，如图4所示.
答案：如图4所示.
二、作出杠杆中的最小动力
根据杠杆的平衡条件Fι1=F2ι2可知，在杠杆中的阻力、阻力臂一定的情况下，要使所使用的动力最小.必须使动力臂最长.若要作出最小动力，就要找出最长动力臂，为了使动力臂最长，施加的动力必须具备两个条件：
（1）力的作用点在杠杆上距支点最远处.
（2）力的方向应垂直于支点和动力作用点的连线.
根据是否确定作用点的位置，我们可以将此问题分为三类进行讨论.
1.知道杠杆中动力作用点的位置
若明确动力作用点的位置，以支点到力的作用点的连线作为力臂，这个力臂是最长的.过力的作用点作力臂的垂线（即最小动力作用线），正确确定力的方向，可作出最小的动力.
例2如图5所示，使用羊角锤拔钉子，动力作用在锤柄上4点，请作出拔钉子时所用最小动力F的示意图，
分析：要在A处作出最小动力.故A点是动力作用点.使用羊角锤拔钉子.锤绕o点转动，o点是支点，连接支点o与动力作用点A.得一线段OA，这就是最长动力臂，如图6所示.由于阻力（钉子对羊角锤的作用力）使杠杆沿逆时针转动，所以动力，应使杠杆沿顺时针转动，故应过点A作OA的垂线，即为最小动力的示意图.如图7所示.
答案：如图7所示.
2.不知道杠杆中动力作用点的位置
若未明确动力作用点的位置，则应找出距支点最远的点作为动力作用点，再过力的作用点作力臂的垂线，正确确定力的方向后作出最小的动力，
例3如图8.用一根细绳将杠杆AOB在o点悬挂起来.并在B处挂一重物C，欲在杠杆上施加一最小动力，，使杠杆在图示位置平衡，该怎样作？
分析：本题最常见的错误答案是把A点看作动力作用点，根据满足最小动力的条件可知：在杠杆上离支点O最远的点是点B，因此OB才是最长的动力臂.最小动力的作用线应与OB垂直.已知阻力使杠杆沿顺时针方向转动.则现在施加的动力应使杠杆沿逆时针方向转动，应指向右上方.如图9所示，
答案：如图9所示.
3.不确定杠杆的支点位置
在不确定支点位置时.应先找到支点位置，再找出距支点位置最远的点作为动力作用点，再过力的作用点作力臂的垂线，正确确定力的方向后作出最小的动力，
例4如图10所示，用一根硬棒撬一个大石块.棒的上端A是动力作用点，在图上画出撬动石块的最小的动力F和动力臂ι.
分析：支点是杠杆绕着转动的固定点.动力向下作用时.杠杆应绕小石块尖端O′转动.但是当动力向上时，杠杆与地面的接触点O为支点，此时作用在A点的动力臂最大，动力最小.以O为 动力臂ι.力垂直于杠杆向上.即可作出最小动力F，如图11所示.
答案：如图11所示.
学即用，练一练：
1.如图12所示，用茶壶倒茶时.茶壶相当于一个杠杆，现以o为支点，在A点处提壶耳向杯中倒茶.请画出作用在A点的最小动力F及其对应的力臂ι.
2.如图13所示.用一根白重司以忽略不计的撬棒撬动石块，若撬棒C点受到石块的压力是1500N，且AB=1.5m，BC=0.3m，CD=0.2m.则要撬动石块所用的最小的力为______N.
输电塔架结构动力特性分析 篇11
高压输电塔是输电线路中的主要构成部分, 一般为较高的钢架塔, 属高耸、柔性结构[1]。输电塔架作为电力输送的支柱, 它的安全性和信赖性受到现在社会的日益关注, 近年来以大中城市为中心的电力需求急剧增加, 而水力、火力、和原子能等大规模的发电设备都远离城市, 特别在我国“北电南送”、“西电东送”的格局下, 高电压、大容量输电线建设成为社会发展的必然[2]。在动力输电线建设中, 有些地段交通运输非常困难, 同时电力部门也减少架空输电铁塔的建设费用, 因此铁塔构件应该尽可能轻, 以便运输和安装, 并不断优化结构尽量减少铁塔的重量, 如细长型铁塔和三角形铁塔, 但是这种趋势使得铁塔的结构变得比较柔, 对风力作用变得更加敏感, 易于发生大的静力和动力响应, 从而影响输电线路的安全运行[3]。因此, 开展高压输电塔结构动力特性分析研究具有重要的理论意义和应用价值。
2 计算模型
2.1 研究对象
本文研究对象采用如图1所示的500k V高压酒杯型直线塔架为模型进行计算分析。尺寸见图1所示模型, 计算该模型的前6阶振型和频率。
2.2 单元选用
在对高压输电塔架进行动力特性分析时, 塔架中弦杆和主腹杆采用2节点二次梁单元来模拟, 该单元适合于分析从细长到中等粗短的梁结构, 单元基于Timoshenko梁结构理论, 并考虑了剪切变形的影响。每个节点有六个自由度, 该个单元非常适合线性、大角度转动问题[4]。次辅杆采用2节杆单元, 该单元每个节点具有三个自由度, 单元不承受弯矩, 单元具有塑性、蠕变、膨胀、应力刚化、大变形、大应变等功能。
2.3 质量增大系数
自振周期或频率是结构动力性能的重要标志, 自振周期主要与结构的质量和刚度有关。刚度由杆件的类型及特性决定, 而质量由杆件单元的截面尺寸、长度和材料的密度决定, 实际塔架结构中一些辅助的杆件、节点板和螺栓的质量也应该予以考虑, 所以应使受力杆件乘以一个质量增大系数, 即在定义材料属性时将材料密度参数乘以一个增大系数[5]。
2.4 计算模型
在建立高压输电塔架结构有限元模型时, 模型中弦杆和主腹杆采用空间梁单元, 次辅杆采用空间杆单元, 以每一根杆件作为一个单元, 质量增大系数取1.2。输电塔架有限元模型如图2所示。
3 动力特性分析
对高压输电塔架进行动力特性分析时, 得到了结构的前6阶振型和频率。输电塔架各阶振型如图3至图8所示。
由于阻尼对结构的动力特性影响很小, 因此本文的动力特性分析中不考虑这些因素的影响。高压输电塔架各阶振型所对应的频率及最大相对位移如表1所示。
从图3至图8及表1可以看出, 高压输电塔架结构的前3阶频率差值很小, 输电塔的第一、二阶振型为平动振型, 第三阶振型为扭转振型, 第四阶振型为二阶平动振型, 第五阶振型为局部振型, 第六阶振型为二阶平动加局部振型。输电塔架结构的第一、二阶振型均为平动振型, 并以上部振型为主, 表明结构下部的整体刚度较大。
4 结论
综上所述, 通过对高压输电塔架的动力特性分析, 得到以下结论:
4.1 酒杯型塔架是比较复杂的输电塔型, 振型中不仅有横向、纵向振型, 局部还有扭转及组合空间振型, 说明该塔架的动力特性较为复杂。
4.2 该结构的较高振型中以局部振型为主,
特别是结构的局部振型表现较为突出, 这与结构下部局部刚度存在较大的增强情况相符。
4.3 该输电塔架第一、二阶模型以平动为主, 说明此500k V酒杯型输电塔结构在正常运行过程中振动模态以平动为主。
参考文献
[1]王肇民.高耸结构设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社, 1995.
[2]邓洪洲, 陈晓明, 屠海明.江阴长江大跨越输电塔模型试验研究[J].建筑结构学报, 2001, 28 (6) :12-14.
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[4]王勖成.有限单元法[M].北京:清华大学出版社, 2003