概要:能源短缺和环境污染问题加速了全球工程机械行业的电气化进程.在中国,整个行业内的电动工程机械数量一直在快速增长.在未来5年内,电动工程机械的销量预计达到六十万辆,对电池的整体需求将达到60 GWh.然而,工程机械电气化发展仍然面临着严峻挑战,其中包括可靠的电力供应和组件间能源分配问题.本文主要讨论了中国工程机械产业中的重大技术突破和面临的挑战.首先概述了电动工程机械的分类及其特点.其次,讨论了纯电驱动系统中电动机、储能单元等关键部件的选型及控制策略.详细分析了混合动力驱动系统的结构设计和动力匹配等技术特性.电池管理系统(BMS)对于确保电池处于适当的健康状态并提供稳定的能源具有十分重要的意义.在这里,我们广泛地总结了电池管理系统的发展进程.此外,我们大致估算了中国工程机械的总排放量以及采用电动工程机械所带来的潜在的环境效益.最后,阐述了电动工程机械的未来研究方向和产业化发展前景.

关键词组：工程机械;电力驱动系统;电池管理系统;能量回收;电气化

目的:活塞式阀芯底面受到的不平衡力矩,不仅会让阀芯有倾覆的趋势,甚至会造成阀杆和阀芯变形卡滞,最终导致阀门内漏.本文提出了活塞式截止阀的简化模型,基于计算流体力学方法,探究了入口流道弯曲半径、异形管直径和阀芯高度等特征结构参数对阀芯底面不平衡力矩的影响机制,为活塞式阀门结构的进一步优化提供了依据.
创新点:1. 建立了活塞式截止阀的简化模型,研究简化模型特征结构参数对活塞式阀芯底面不平衡力矩的影响;2. 对简化活塞式截止阀在不同入口流道弯曲半径、异形管直径和阀芯高度下进行流动及阀芯受力分析.
方法:1. 建立具有不同入口流道弯曲半径的简化活塞式截止阀的数值计算模型,并比较分析入口流道弯曲半径对阀内速度以及阀芯受力情况的影响(图7~9);2. 建立具有不同异形管直径的简化活塞式截止阀的数值计算模型,并比较分析异形管直径对阀内压力以及阀芯受力情况的影响(图10~12);3. 建立具有不同阀芯高度的简化活塞式截止阀的数值计算模型,并比较分析阀芯高度对阀芯受力情况的影响(图13),总结得出阀芯受到的合力矩与阀门流量之间的关系(图14).
结论:1. 随着入口流道弯曲半径的增大,阀芯底面受到的不平衡力矩逐渐减小;在实际应用中,可以通过适当增大阀门入口流道弯曲半径来减小不平衡力矩.2. 随着异形管直径的增大,阀芯底部的不平衡力矩略有增大;在阀门的设计中,可以忽略异型管直径对不平衡力矩的影响.3. 阀芯高度增大,出口流量随之增大,加剧了阀芯底面力矩分布不平衡的现象.

关键词组：活塞式阀芯;不平衡力矩;结构参数;计算流体力学

目的:地下水位下降会增大土体的有效应力,使其发生固结沉降,桩基础受到的负摩阻力也随之增加,进而引发桩基显著附加沉降,严重时可能超过高速铁路墩台基础工后沉降控制要求.目前,相关研究多集中于短桩且主要以数值模拟为主,试验研究较少,对长桩的研究更不充分.本文旨在通过联合离心模型试验和数值模拟开展深入分析,揭示地下水位下降对长桩基础的影响.
创新点:1. 通过离心模型试验和数值模拟,重现地下水位下降过程中不同长度桩基的力学响应;2. 获得了桩-土相互作用及桩轴力计算参数β随水位下降的发展规律;3. 通过实际工程案例分析,提出了考虑地下水位下降的桩基设计方法.
方法:1. 通过离心模型试验和自主研发的水位控制系统研究地下水位下降对不同长度桩基的影响;2. 结合数值模拟,分析桩基沉降、轴力、摩阻力、群桩效应、参数β等随水位下降的发展规律;3. 通过实际工程案例,分析地下水位下降对高速铁路桩基沉降发展的影响,并提出考虑地下水位下降的桩基设计方法.
结论:1. 地下水位下降会增大桩-土差异沉降,引起摩阻力增长,从而造成桩基下沉.2. 桩中性点位置对水位下降不敏感;当水位下降幅值相同时,桩长越长,桩身轴力越大,但轴力增长比呈下降趋势.3. 在列车荷载下水位下降不仅会因固结效应增加桩基沉降,还通过增加桩摩阻力改变桩基沉降发展模式.4. 在列车循环荷载下,为使桩基沉降发展收敛,桩基承载力须增大60.9%以抵抗地下水位下降2 m的影响.

关键词组：高速铁路;桩基;地下水位下降;试验与模拟

目的:盾构掘进引起施工期土体变形的关键影响因素是施工荷载和土体损失.结合曲线盾构隧道施工特点,本文旨在推导由土体损失及施工荷载(开挖面附加推力、盾壳与土体间摩擦力和盾尾注浆压力等)引起的地层竖向变形的计算公式,并研究隧道曲率半径对地层沉降的影响.
创新点:1. 通过建立曲线盾构隧道掘进模型,推导出三维土体损失引起土体变形的理论公式;2. 通过改写Mindlin解,提出作用在空间曲面上的面分布力引起土体变形的理论公式.
方法:1. 基于半无限体中任意单位空隙变形引起土体变形的镜像法原理,并根据实际三维空间域的积分思想,分别对盾尾处及开挖面处土体损失引起的土体竖向变形进行推导计算;2. 基于改写的Mindlin解,推导并计算曲线盾构隧道施工时各施工荷载引起的土体竖向变形;3. 与现场监测、数值模拟及已有文献的结果进行对比,验证所提方法的可靠性.
结论:1. 盾尾整合间隙、摩擦力、注浆压力和开挖面附加推力引起的曲线隧道轴线上方土体的竖向变形曲线不再像直线隧道一样关于隧道轴线对称.2. 由于曲线盾构隧道掘进时超挖的需要,各影响因素下总的地表沉降值及横向沉降槽范围都比直线隧道大.3. 随着土体深度的增大,各影响因素引起的土体竖向变形的峰值有所增大;总的沉降峰值和偏移量均随隧道曲率半径的减小而增大.

关键词组：曲线隧道;镜像法;Mindlin解;土体损失;地层沉降

目的:深入理解超声速条件下火焰稳定机制,为超燃冲压发动机燃烧室的优化提供理论基础.
创新点:1. 通过大涡模拟准确地再现Burrows-Kurkov实验中台阶壁面射流燃烧室的反应流场;2. 揭示射流火焰稳定抬举的机制;3. 总结射流总温对火焰抬举特性的影响.
方法:1. 采用大涡模拟,获得了瞬时和时均的反应流场参数;2. 通过计算燃烧学的数据分析,提取湍流火焰特性.
结论:1. 自点火过程维持了混合层中抬举火焰的稳定,并进一步在下游形成充分发展的湍流扩散火焰;2. 升高射流总温会使火焰抬举高度降低,而过高的射流总温会抑制火焰温度的升高.

关键词组：大涡模拟;自点火;抬举火焰;火焰稳定;设定型概率密度函数