江西省大学生创新创业训练计划项目申请书(共13页).doc

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1、精选优质文档-倾情为你奉上附表2编号： 江西省高等学校大学生创新创业计划项目申 请 书项目名称：多场耦合的真空管道运输系统优化设计及仿真分析项 目 类 别： 创新训练项目 创业训练项目 创业实践项目学校名称：华东交通大学项目负责人负责人所在院（系）、班级：吴灵波机械工程学院机械设计制造及其自动化四班联系人：吴灵波填表日期：2012-12-3江西省教育厅制二一二年十一月填表说明一、本“申请书”由大学生团队或个人，在校内外指导教师的帮助下完成填表工作。二、本“申请书”一式三份，经批准立项后分别由项目负责人、“江西省高等学校大学生创新创业园”和学校有关管理部门保存。三、项目类别：1、创新训练项目：指

2、大学生团队或个人，在导师指导下，自主完成创新性研究项目设计、研究条件准备和项目实施、研究报告撰写、成果（学术）交流等工作。创新训练项目应当具备一定的新颖性和创新点。2、创业训练项目：指大学生团队或个人，在导师指导下，由学生在项目实施过程中扮演一个或多个具体的角色，通过编制商业计划书、开展可行性研究、模拟企业运行、参加企业实践、撰写创业报告等工作，达到创业模拟训练的目的。创业训练项目应当具备大学生进入社会后进行创业活动的针对性。3、创业实践项目：指大学生团队或个人，在学校导师和企业导师共同指导下，采用前期创新训练项目（或创新性实验）的成果，提出具有市场前景的创新性产品或者服务，并以此为基础开展创

3、业实践活动。创业实践项目应当具备社会企事业单位背景、社会实践特点和可操作性。四、专家组意见：如果没有组织专家评审，该栏目可以不填。五、填表要求简明扼要，表格空间不足的可以扩展。六、字体使用小四号仿宋体，单倍行距，双面印制、装订；如有附件材料，可集中装订于“申请书”后面。 项目名称多场耦合的真空管道运输系统优化设计及仿真分析申请经费12000元起止时间 2012年 12 月至 2013年12 月项目类别 创新训练项目 创业训练项目 就业实践项目负责人项目姓名年级所在院系、专业联系电话项目中的分工吴灵波大三机电工程学院机械设计制造及其自动化系统建模及分析项目组成员唐建军大三机电工程学院机械电子工程

4、空气动力学分析吴方博大三机电工程学院机械设计制造及其自动化参数化设计和优化江南林大三机电学院机械设计制造及其自动化多场耦合实验仿真校内指导教师姓名汤兆平职务/职称院党委书记/副教授所在单位华东交通大学联系办法手机:E-mail:tzp姓名孙剑萍职务/职称副教授所在单位华东交通大学联系办法手机:E-mail:sjp3435校外指导教师姓名甘雄华职务/职称段长/高级工程师所在单位、部门南昌铁路局向塘机务段联系办法手机:E-mail姓名职务/职称所在单位、部门联系办法手机E-mail一、项目简介（主要内容、背景资料、目的和意义）1.项目介绍当今社会对高速运输市场的需求越来越大。随着石油资源日趋紧缺，

5、全球追求低碳环保、可持续循环经济发展的呼声越来越强烈，发展高效、环保、洁净的地面超高速交通对于未来社会交通发展显得十分必要。真空管道运输目前只是作为下一代运输概念被提出，国内外均无成熟的设计系统可以参照，目前还处在探索研究阶段。 但其从极高速度、极低能耗、极低噪声、极低污染和较高安全性等方面来看，它比现有的水运、铁路、公路、航空等运输方式都更有优越性和发展前景，所以说真空管道运输是一种极具潜力的运输方式。本课题在研究系统多场耦合空气动力学及数值仿真的基础上，探索列车在管道中运行时产生的气动噪声场、管道压力场、空气流场的相互影响规律，得到运行速度、管道内真空度、管道阻塞比及列车车头形状与高宽比等

6、主要参数对列车高速性、安全性、经济性、舒适性、环保性的影响曲线，提出模糊多准则评价模型，初步设计系统的结构模型，对研发合理的管道高速交通工具方案有着重要的参考价值。 2.国内、外研究现状真空管道运输作为新一代运输方式，国内外研究都是刚刚起步。现阶段世界上提出的真空管道运输系统主要有两种，分别是美国E公司的ETT系统和瑞士Swissmetro公司的超高速地铁系统。1999年，美国佛罗里达机械工程师DarylOSter获得真空管道运输系统发明专利，并注册成立了E公司。E公司的ETT是基于小管道断面、独立的小车体（可载6人的MoPodTM），采用高频率连续发车模式。瑞士超高速地铁系统则是一种接近于常

7、规铁路系统的地下高速磁悬浮列车模式，管道断面以及车辆大小跟现有的地铁相当，运行车辆采用组合车列方式。目前两家仅限于研发阶段，主要研究内容有高速车辆与管道内的空气动力学效应；双隧道的气密性材料与化学涂料；车辆通过隧道时的热效应；紧急情况下疏散乘客的保安系统等。我国人口众多，发展大通过能力地面高速交通工具是解决公共交通困境的有效途径之一。2002年12月，总长31.17公里的世界上第一条商业运营的磁悬浮路线正式落户上海，设计时速和运行时速分别为505公里和430公里，标志着我国磁悬浮列车技术的成熟。高铁的建设也取得了突飞猛进的发展，目前已有6920 营业公里投入运营，正在建设的1万多公里。2010

8、年12月，和谐号CRH380A动车在京沪高速上试验时速达到486.1公里，又一次刷新世界运营铁路最高纪录，标志着我国已成为世界上高速铁路发展最快、系统技术最全、运营里程最长、运营速度最高的国家。这些都是真空管道高速磁浮运输在我国发展十分有利的条件。2004年12月18日，由沈志云院士、钟山院士联合发起，在西南交通大学召开了“真空管道高速交通”院士学术报告会，2005年，西南交通大学成立了世界上第一个由大学牵头的真空管道运输研究机构“真空管道运输研究所”，正式启动了我国在真空管道运输领域的研究开发工作。3.主要内容（1）建立真空管道运输系统参数化物理分析模型参数化建模能大大改善物理模型的修改手段

9、，提高了分析的柔性。课题首先在Pro/E中建立系统物理模型。Pro/E强大的参数化建模功能，能最大限度地呈现真空管道运输系统中包括头车、中间车和尾车、轨道以及管道等组成结构的外形原貌，并能通过改变模型中各种参数，实现不同形状和尺寸的模型的生成，为下一步的空气动力学分析提供基础。（2）基于多场耦合的空气动力学分析与仿真对真空管道运输系统而言，受空气流场、振动应力场，气动噪声场等多场作用，这些物理场相互叠加，相互影响，产生综合效应。所以需要研究各场间的耦合关系，并构建耦合数学模型，采用多领域性能协同仿真的技术，对系统进行全面的分析。主要包括如下内容：管道结构空气流体车体结构空气流体轨道结构的流固耦

10、合空气动力学关系研究及数学模型建立；气压脉动载荷管道结构车体结构之间的流固耦合气动噪声关系研究及数学模型建立。通过反复实验，修正系数和边界初始条件，综合多种软件的优势互补，在计算机完成上述仿真与分析，定量评价系统的空气动力学性能，并为后续的参数优选提供数据。（3）真空管道运输系统适应性研究耦合系统的适应性分析与评价是一个探索性很强的研究方向。真空管道运输系统是多体系耦合而成的复合系统，影响该系统适应性的因素众多，需要多方面的数据支撑。本课题构建真空管道运输系统适应性分析框架，通过对系统多场耦合的计算与仿真获取数据，分析管道空气压力、列车经济行驶速度、管道厚度、管道阻塞比、车体及车头造型及结构等

11、系统物理量的变化对系统高速运行时车体强度、刚度、振动、气动噪音、气动噪音、空气阻力、气压脉动等的影响，以及物理量的互相变化对系统其他参数取值的影响关系。如：管道空气压力对列车经济行驶速度、管道厚度、车体强度刚度与振动、气动噪音的影响规律；管道阻塞比对列车行驶速度、气动噪音、管道厚度、经济性的影响规律；车体及车头造型的设计对列车行驶速度、气动噪音、舒适性的影响规律；列车行驶速度对气动噪音、舒适性、管道厚度、安全性的影响规律； 以及系统本身物理量间互相影响的规律。从而为系统参数优选提供依据。（4）基于模糊多准则的管道运输系统主要参数的优化方法由于国内外针对真空管道运输研究尚处于起步阶段，大量的基础

12、理论需要认真的探索和研究。为了实现高速性、经济性、安全性、舒适性、动力性、环保性，精确地确定系统最佳运行速度、管道内真空度、管道阻塞比及列车车头形状与高宽比等各类设计参数，本课题拟对系统适应性研究的基础上，采用模糊多准则的评价方法，基于Kriging模型建立近似响应面。该方法以经济行驶速度最快为目标函数，建立目标函数和设计变量之间的近似关系，以动态耦合性能和失效影响因素为约束条件，融合各种参数的变化，建立优化数学模型，进行全局优化设计研究，确定设计参数方案。4.研究目的和意义真空管道运输是一种极具潜力的运输方式，从其极高速度、极低能耗、极低噪声 极低污染和较高安全性等方面来看，它比现有的水运、

13、铁路、公路、航空等运输方式都更有优越性和发展前景。从技术上来看，实现真空管道运输系统比航天飞行和太空探索都容易得多，而且所需要的技术都是今天我们的时代所拥有的，真空管道运输系统的建成以及在全球的普及与应用，将是继火车、汽车、飞机和IT之后人类的又一大福音。更重要的是，将使我们今天面临的交通困境与物流问题从根本上得以解决，也将给全球经济与社会生活方式带来全新的变化。真空管道运输在高速、低能耗、环保、安全方面比其他几种运输方式都更具优越性，但是，真空管道运输又有其局限性灵活性不如飞机、汽车、不能像轮船和火车那样装载大型物资与重型设备。不同运载工具对物流份额的吸引力是由其性价比所决定的，由于真空管道

14、运输的能量消耗极低，其单位货载的运费将可能低于公路、铁路和航空运输，那么它对物流市场将会有很大的吸引力，能够吸引足够的货量。同时，这也将成为大规模修建真空管道线路的推动力。研究真空管道运输系统并在不久的将来把这项技术应用到生产实践中，不仅能够从根本上解决我们面临的交通困境和物流问题，同时给全球经济与社会生活方式带来全新的变化。二、 申请理由（包括所具备的知识条件、特长、兴趣等）1、较强的专业知识团队成员来自华东交通大学机械类专业大四学生,已经系统学习和掌握了理论力学、材料力学、机械原理、机械设计、振动学等相关专业基础知识,能对一些创新进行结构设计,并进行正确的力学分析和振动分析。利用我们所学的

15、知识,结合掌握的相关分析软件,我们能够对新型管道列车流体动力和气动噪声进行正确分析及优化设计。2、较好的科研基础同时我们可以熟练地运用cad、proe三维建模软件，fluent、abaqus、ansys等力学分析软件.我们来自铁路院校,对列车的设计和分析有着浓厚的兴趣和一定的了解，曾经参加过第五届全国3D动力大赛，其中【纪念号动车组】获得省一等奖，对动车组车头、中间车、车身、车尾进行过建模。对列车的形状、内部构造有着比较清楚的了解。成员任职情况;成员中有来自三维创新协会的副社长、组长机械创新协会副社长，组长。团队成员获奖情况：科技类;“希望号”大型救援机器人获得全国3D动力大赛全国总决赛一等奖

16、“希望号”大型救援机器人获得全国3D动力大赛江西赛区特等奖“纪念号动车组”获得全国3D动力大赛江西赛区一等奖“滑板电动车”获得全国3D动力大赛江西赛区三等奖“磁力永动机”获得校机械创新设计大赛一等奖“塑胶场地垃圾清理器”获得校机械创新设计大赛二等奖“公路限速带发电装置”获得校机械创新设计大赛二等奖 昌北图书馆联盟“知网杯”图书检索大赛二等奖社会工作类： 队员有获得华东交通大学“社会工作奖” 多人有获得华东交通大学“三好学生”称号 多人中有获得华东交通大学“科创十大标兵”称号团队成员曾申请国家专利1项。一直以来,团队成员跟随导师汤兆平副教授从事南昌铁路局科技项目的研究,完成牵引电机齿轮故障报警装

17、置的开发,正在从事机车牵引电机环火智能诊断系统和电力机车弓网硬点接触诊断系统的开发和研究。3、较浓的兴趣爱好我们在比赛过程中查阅资料发现列车在自然条件下所受的阻力及噪声都非常的大，处于好奇心我们对列车行驶过程中受到的阻力及噪声进行了深入的了解，发现列车的阻力及空气噪声主要来自高速行驶列车与气流的相互作用。对此我们萌发了对列车在真空管道运输系统优化设计及仿真研究的兴趣。因此，我们采用三维建模和分析软件深入模拟分析列车在多场耦合的真空管道内的物理分析，从而对列车运输系统进行优化设计。也希望对我国列车运输系统的研究和发展提供理论研究参考。三、实施方案（指实施计划、步骤，技术指导，软硬件条件等） 1.

18、实施计划和步骤 从空气动力学、结构动力学、湍流方程、气动声学、优化设计等理论出发，建立多场耦合数学模型，利用数值分析、优化设计等技术手段，揭示真空管道交通运输系统各参数变化对运输安全性、舒适性、经济性、动力性、高速性、环保性的影响规律，通过优化模型，初步提出了系统的优化设计方案。这是整个项目的研究计划及思路。 （1）建立合理的真空管道运输系统物理模型真空管道运输系统结构相当复杂。要完全准确地建模，在理论上和现有计算条件下还十分困难，如何在保持真实工作环境的基础上，适当进行几何的简化，又不致于影响空气动力学及结构问题的分析，从而得到接近真实、有实用意义的模型，这是本课题今后分析和研究的基础，也是

19、课题研究成败的关键。 （2）建立真空管道交通运输系统多场耦合数学模型受空气流场、振动应力场，气动噪声场等多种物理场作用，这些物理场相互叠加，相互影响，产生综合效应。所以各物理量之间影响规律非常复杂，很难完全准确和完整地用数学公式来表达。因此，如何建立既准确而真实地反映系统实际工作情况，又适宜数学求解的多场耦合数学模型是本课题的关键技术之一。 （3）真空管道运输系统优化设计目标函数的建立在模糊多准则的评价方法中，通过基于Kriging模型建立目标函数和设计变量之间的近似关系，以动态耦合性能和失效影响因素为约束条件，融合各种参数的变化，建立优化数学模型。其中参数选择也是影响系统优化设计的关键综合考

20、虑空气流场、振动应力场，气动噪声场等多种物理场作用及这些物理场相互叠加，相互影响，产生综合效应，同时适当进行几何的简化，又不致于影响空气动力学及结构问题的分析，从而得到接近真实、有实用意义的多场耦合数学模型，利用数值分析、优化设计等技术手段，揭示真空管道交通运输系统各参数变化对运输安全性、舒适性、经济性、动力性、高速性、环保性的影响规律，通过优化模型，初步提出了系统的优化设计方案。2.技术指导指导老师汤兆平副教授长期从事机械产品的设计和开发,与南昌铁路局有着紧密的科研合作关系,完成和在研多个高铁科研项目,目前正在从事两个相关的高铁设备的安全和监控智能装置的研究和设计。项目指导教师汤兆平教授是不

21、但是CAD/CAM/CAE研究的资深学者，而且在车辆动力学领域也有着多年经验。我们成员中有熟练掌握Pro/E三维建模、ABAQUS、ANSYS动力学分析软件，我相信在指导老师的指引下充分利用单位科技力量、先进实验设备、国际上最新的相关科技文献，我们团队一定能够完成本课题的研究任务，达到预期的研究目标。3.软硬件条件课题组所在单位华东交通大学，学校的交通运输工程国家一级重点学科。高速列车研究中心、轨道交通安全教育部重点实验室、铁道部和江西省共建载运工具与装备重点实验室，为我们提供了研究基础和条件。校图书馆拥有丰富的书籍、学术期刊，为我们的研究提供帮助，数字图书馆更是拥有强大的中文、外文数据库，里

22、面收集了大量学术期刊、学位论文中外文电子图书等，而且校图书馆还与与机械信息中心、国家科技图书文献中心、中科院西南信息中心等情报机构建立联系，展开学术论文原文索取服务。这些信息资源将为我们从事该项目研究提供帮助。合作单位为南昌铁路局，能提供动车组的相关资料，以及进行动车组运行相关数据的采集和分析。并就管道列车的设计提供建设性意见。4.技术路线基于Pro/e建立参数化几何模型（头车、中间车、尾车、管道、轨道等）空气动力分析有限元模型流场边界、流体特性设定及求解分析后处理流场网格划分气动噪声分析有限元模型流场边界、流体特性设定及求解分析后处理气动噪声结果文件导入Fluent气动分析结果文件多学科设计

23、优化方法近似模型初始化打开近似模型优化算法近似模型优化收敛否？内循环否打开近似模型仿真程序近似模型收敛否？更新近似模型、提高精度是否是输出优化结果退出气动性能结果文件、气压载荷文件、温度分布文件、噪声频谱文件、气压脉动载荷文件多场耦合的真空管道运输系统优化设计及仿真分析技术路线四、 预期成果（预期效果，预期目标等）（1）建立真空管道运输系统的参数化物理模型； （2）从空气动力学的角度出发，综合考虑如运输安全性、舒适性、经济性、高速性、环保性等主要性能指标、质量和成本等要求，设计分析真空管道运输系统的关键环节，使真空管道运输系统性能满足相应要求；（3）优化管道、列车关系，合理设计列车运行速度、管

24、道内真空度、管道壁面的粗糙度、管道阻塞比及列车车头形状与高宽比等系统参数，对确定合理的真空管道运输系统设计方案有着重要的参考价值。（4）提出真空管道运输系统的分析模型，经过反复实验修正，使其准确再现真实工作环境过程，然后利用计算机完成上述模型的数值仿真分析。揭示了系统各参数变化对运输安全性、舒适性、经济性、高速性、环保性的影响规律；（5）提出了真空管道交通系统具有优良的空气动力学的全局优化设计方法。采用基于模糊多准则的评价方法，确定合理的真空管道运输系统设计方案；（6）在国内外重要期刊上发表论文12篇；（7）完成2名本科生同学的毕业设计。五、经费预算申请省教育厅资助12000学校自筹预算支出科

25、目支出金额（元）说明1、测试费、分析费2000元现场测试和软件调试2、图书、资料费1000元用于购买相关软件和资料3、小型会议1000元用于专家座谈和结题4、交通费1500元用于现场调研和采集数据5、实验材料费2000元购置小型设备和材料6、参观考查费1000元现场参观考查7、专家指导费1000元现场专家指导费用8、其他2500出版费用和印刷费总计12000指导教师意见：真空管道列车是继高铁技术之后又一个令人激动的陆地交通运输方式革新，具有极大的创意。然而，又将面临许多意想不到的困难，需要发挥创新思维，设计出具有我国特色的管道列车模型，并经过相关多场耦合力学的分析和验证，为我国高铁研究的进一步发展提供参考。该团队学生一直以来在我研究所从事科技创新研究和竞赛工作，直接参与课题组的多项有关高铁产品设计和开发的科研活动。专业知识扎实，创新思维活跃，科研态度认真，取得成绩突出。本人愿意承担该团队的指导工作，并尽一切力量帮助他们完成申报书中的研究目标。相信在我们的努力下，此项目一定会取得预期效果。 签 名： 年 月 日专家组意见： 组长 签名： 年 月 日学校意见： 签名： （盖章） 年 月 日专心-专注-专业