【目标】分析多年冻土区高速公路路基不同沉陷形态、行驶速度等因素对车辆乘员舒适性的影响，明确路基不同病害类型的分级控制标准。【方法】基于多年冻土区高速公路路表沉陷激光点云实测数据将不均匀沉陷细分为错台型沉陷、曲线型沉陷和拱起型变形，进一步采用CarSim仿真软件构建人-车-路耦合模型分析了不同类型沉陷对车辆加速度的影响规律。【结果】行车舒适性受行车速度、错台高度、曲线型沉陷深度、拱起的高度以及病害区纵向波长等因素的综合影响，其中错台病害对行车舒适性影响最大；同路况下，车身垂向加速度峰值随车速增加而增大；在曲线型沉陷与拱起病害中，行车舒适性与病害区纵向波长呈正相关，而与沉陷/拱起高度呈负相关；当纵向波长相同时，拱起病害应设定更严格的养护控制标准。【结论】应根据人体舒适性加速度阈值建立不同沉陷形态的分级控制标准，以有效指导沉陷处治和车辆限速管理。多年冻土区高等级公路不均匀沉陷发育路段全线限速应在80 km/h以下，病害严重路段限速60 km/h或更低；错台高度控制在1.5 cm以内；曲线型沉陷区纵向波长应大于7 m,沉陷深度控制在5 cm内；曲线型拱起区纵向波长应大于5 m,拱起高度控制在3...
研究寒区渠道内水流冻结规律对于渠道冰冻灾害防治有积极意义,研制了寒区长距离输水渠道水流冻结模型试验系统,模拟了渠道中冰塞、冰盖的形成过程,分析了水流结冰变化规律及冰盖形成前后水位和流速的变化规律;利用COMSOL Multiphysics软件三维仿真了模型内水流的流态,并与实测流速结果进行对比。结果表明,研制的模型试验系统可较真实地模拟长距离输水渠道冬季运行的实际状态,是研究渠道冬季运行的有效试验手段;冰盖的形成起源于冰花、碎冰在水中障碍物或流速缓慢区域的堆积和热增长;冰盖形成的时间与流速成线性关系;冰盖形成后渠道过水断面各个位置流速普遍减低。
为了研究片石层路基结构的冷却效果,在假定气候以百年升温3.4℃的速度在变暖、有典型的阴阳坡效应、夏季竣工的条件下,采用有限元热实单元方法,进行了数值仿真。结果表明,片石层路基温度场前10年冷却效果明显,第10年~第40年冷却效果变缓,第40年后温度场趋于稳定,路基沉降趋于稳定值17.1 cm,工后沉降满足规范要求,可见该路基形式有较好的保护冻土,延迟退化的功效。
通过室内试验研究获得动荷载作用下人工冻黏土蠕变特性,冻结黏土的动蠕变曲线分为3个阶段:初始蠕变阶段、稳定蠕变阶段和渐进流阶段。依据人工冻土室内动三轴试验结果,基于动力学、连续介质力学和冻土力学原理,建立人工冻土在动荷载作用下的本构模型,即弹-黏弹-黏塑性本构模型。将改进的西原模型成功添加到ADINA软件平台中,利用该模型对人工冻黏土在动荷载作用下的蠕变进行有限元数值仿真,得出的有限元计算结果与试验结果相近。
月球返回再入着陆场不仅影响月-地返回转移和返回再入飞行,同时也影响整个月球飞行任务的规划和设计。文章首先分析了航天器与地-月间的相对位置关系;结合月-地返回转移及返回再入轨道特性,理清了月球、地球着陆场和航天器三者在惯性空间内相对位置的内在约束关系;最后分析并通过仿真研究,明确了制约航天器返回再入着陆场位置选择的限定因素,可为载人月球飞行和月球取样返回任务的分析设计提供有益参考。
针对半转机构月球车的结构特点,对月球车在任意路面的越障能力进行了分析。由于任意路面越障模型相对复杂,可以建立的独立平衡方程数目少于未知变量数,为此提出了一种新的越障能力评价指标,指出摩擦力解空间的可行域面积越大,轮腿越障能力越强;当轮腿所受摩擦力可行域不存在时,机构将不具有初始条件下的越障能力。建立了在约束条件下月球车在具有坡度地面和一定越障高度的越障力学模型,并通过寻找轮腿所受摩擦力解空间可行域的方法,对单轮腿在具有坡度地面上单独前进越障性能进行了仿真研究。仿真结果表明:在越障高度及与地面接触角相同的情况下,后轮腿的越障能力比前轮腿强。
为模拟基于二级半转机构的月球车的单轮腿机构在整车条件下的受压状态以提高其在平地行走、爬坡、侧倾3种工况下的实验准确性,笔者以月球车整车及其单轮腿机构为研究对象,分别建立了它们在3种工况下的静力学模型,讨论了进行爬坡和侧倾工况下实验时的最大爬坡角度和最大侧倾角度。基于MATLAB软件对单轮腿机构在3种工况下所受的整车压力进行了仿真分析并给出了3种工况实验时进行压力加载的数据曲线图。仿真结果表明了3种工况下跨步杆跨步运动和地面坡度的变化对单轮腿机构所受整车压力的影响。
以六轮差速转向月球车样机JLUIV-6为研究对象,推导了三维环境下月球车速度运动学模型,进而得出逆运动学模型。在路径跟踪阶层,根据横向偏差和角度偏差设计了车体的偏航角速度模糊控制器,并基于路径曲率和地形崎岖程度,引入模糊修正模块来控制车体的期望速度。在执行阶层,根据控制器输出的车体期望速度和角速度,用逆运动学模型给定车轮相应的转速指令,使其跟踪车体的期望速度和角速度。最后通过ADAMS/Simulink联合仿真验证了所提方法的有效性。
随着中国深空探测的发展,在月球表面进行着陆探测成为新的关注热点,因此月球着陆器的着陆稳定性研究成为一项重要课题。文章利用ADAMS软件及其用户子程序,对一种可展开四腿式月球着陆器的着陆稳定性进行了研究,研究结论为着陆器的着陆缓冲机构及总体设计提供参考。
