- 卫星;赵骏铭;肖林;吴琛泰;温宗意;
运用有限元软件ANSYS建立钢管混凝土桁架焊接T型管节点模型，进行支管轴向拉力作用下管节点热点应力集中系数（Stress Concentration Factor,SCF）研究。结果表明：T型管节点的主管冠点处SCF与管径比、径厚比和壁厚比均成正相关，而主管鞍点处SCF虽与径厚比和壁厚比成正相关，但与管径比呈负相关；相比于主管，支管SCF整体水平较低，且随几何参数变化幅度较小；主管SCF沿管节点相贯线的分布模式与管径比、径厚比相关，但受壁厚比的影响很小；管节点SCF最大值与径厚比、壁厚比成正相关，随管径比的变化规律与径厚比的取值有关；基于有限元计算结果，可推导出钢管混凝土桁架焊接T型管节点SCF最大值计算式。
2022年02期 v.43;No.183 1-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 1383K] - 左照坤;赵欣欣;高芒芒;刘晓光;鞠晓臣;
针对我国高速铁路无砟轨道线路架空的需求，采用有限元法和车-桥动力耦合分析方法对适用于通行速度80 km·h-1的梁式临时架空装置进行设计和研究，并就该装置提出临时架空线路轨道静态几何不平顺容许偏差管理值。结果表明：梁式临时架空装置水平、高低和轨向变形设计指标限值分别为5.0,6.0和5.5 mm；所设计的架空装置具有较好的整体性和施工便捷性，静力荷载作用下竖向位移最大值5.24 mm、2根纵梁竖向位移差值3.38 mm、横向位移最大值0.27 mm，不仅满足变形设计指标限值要求，还满足动力荷载作用下列车80 km·h-1速度通行的安全性和舒适性要求；采用该架空装置的临时架空线路轨道静态几何不平顺容许偏差管理值为轨距-7.0～+15.0 mm、水平13.0 mm、高低13.0 mm、轨向12.0 mm。
2022年02期 v.43;No.183 10-18页 [查看摘要][在线阅读][下载 1399K] - 李杨;陈进杰;石现峰;王建西;王瑞;
采用拉拔试验，研究不同强度等级混凝土基材内销钉与混凝土的黏结应力-滑移本构关系，并将其应用于植筋加固CRTSⅡ型板式无砟轨道有限元模型，分析高温荷载作用下植筋加固对无砟轨道变形及损伤的影响规律。结果表明：销钉与混凝土的黏结性能与混凝土强度有关，C30混凝土和C55混凝土试件中销钉与混凝土的黏结应力-滑移本构关系分别可用弹性—滑移—破坏3阶段曲线和弹性—滑移2阶段曲线描述；植筋措施能有效减小轨道板在高温荷载作用下的垂向位移，并将轨道板纵连体的纵向位移分散于轨道板单元内，有利于无砟轨道整体稳定性；高温荷载作用下轨道板垂向位移和层间损伤均随轨道板与砂浆层间黏结强度减小而增大，随窄接缝破损程度增大而增大；高温荷载作用下，植筋黏结失效深度不大于120 mm时轨道板垂向位移随植筋黏结失效深度增加而缓慢增大，大于120 mm时轨道板垂向位移随植筋黏结失效深度增加而显著增大，且邻近破损接缝的轨道板下可能发生超过Ⅲ级限值的层间离缝，植筋黏结失效深度应控制在120 mm以内。
2022年02期 v.43;No.183 19-27页 [查看摘要][在线阅读][下载 1375K] - 牛留斌;刘金朝;肖炳环;徐晓迪;
基于我国高铁线路和典型服役车辆技术参数，建立车辆-轨道耦合动力学模型，仿真分析高铁线路轨道高低不平顺激励下的钢轨挠曲位移，通过对比模型仿真结果与钢轨挠曲解析解的方式验证耦合模型的准确性；在轨道子模型中输入我国高铁无砟轨道谱反演的轨道高低不平顺和余弦型轨道不平顺样本，研究轨道高低不平顺幅值和波长对钢轨挠曲位移影响规律；采用非线性最小二乘法和有理式方程，拟合速度350 km·h-1条件下轨道高低不平顺幅值和波长的比值与钢轨挠曲位移最大值之间的函数关系。结果表明：钢轨挠曲位移主要由前4阶谐波成分组成，基频由轨道高低不平顺波长和车辆运行速度决定；轨道高低不平顺波长大于20 m时，幅值和波长的比值与钢轨挠曲位移最大值呈反比例关系，比例系数与车辆和轨道参数有关，本文模型中比例系数的计算结果为0.151。研究成果有利于从控制钢轨挠曲位移量的角度制定轨道高低不平顺养护维修措施，为轨道波长管理提供理论依据。
2022年02期 v.43;No.183 28-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 1606K] - 刘佳朋;张银花;田常海;李英奇;刘丰收;
针对我国高速铁路出现的钢轨隐伤伤损，采用现场观测与实验室试验相结合的方法，研究这种钢轨隐伤形成的机理，分析高速铁路钢轨初期、中期及后期隐伤的外观特征、裂纹形貌及微观组织特征；通过分析擦伤白层诱发隐伤和延性耗竭诱发隐伤2种伤损诱发机理，探讨应对隐伤的维护策略。结果表明：初期隐伤以V型裂纹为主，中期隐伤呈现黑斑和低塌，而后期隐伤则发展为剥离掉块或内部核伤；高速铁路钢轨由擦伤白层诱发的隐伤伤损多集中在站区和长大坡道，隐伤裂纹附近存在较浅的白层组织，厚度小于0.2 mm；由延性耗竭诱发的隐伤伤损多集中在站内和道岔区，隐伤裂纹附近未发现白层组织，轨面较大的切应力（加速区与制动区）或轨面不平顺（如周期性硌伤）均可能诱发此类隐伤。为此，应加强隐伤频发线路（站内、道岔区及长大坡道）轨顶面硬度、平直度及白层马氏体检测。
2022年02期 v.43;No.183 40-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 1470K] - 施洲;顾家昌;周勇聪;
针对铁路大跨度混合梁斜拉桥的钢混结合段，从发展历程、结构构造形式、结构参数、结构受力特性、剪力连接件受力状况、传力机理、疲劳受力特性等方面，阐述其发展动态、研究现状、研究成果及存在的问题。钢顶底板插入混凝土段的剪压式结合段成为工程实用的主要形式，其发展的趋势是长度缩短、构造简化、整体构造进一步优化、布置位置更灵活。结合段长度在1.5～3.0 m之间对主梁受力及传力规律影响并不显著，承压板厚度宜介于40～70 mm，剪力钉间距宜在150 mm左右；在承压板混凝土侧增设加劲肋（同为PBL板）、将剪力钉与PBL剪力键结合使用以及选用梯形等新型PBL剪力键是钢混结合段结构构造发展趋势。模型试验和仿真分析是目前钢混结合段受力分析的主要手段，其整体承载能力计算理论和简化计算式、剪力钉群受力不均匀性及其在纵横向分布规律、剪力钉与PBL剪力键结合使用下的抗剪理论和计算分析方法、钢混各构件的传力比等抗剪传力理论，以及钢结构、钢混界面、剪力连接件和混凝土的疲劳破坏机理及细节特征、结构参数对疲劳性能的影响规律等是今后研究的重点。
2022年02期 v.43;No.183 48-59页 [查看摘要][在线阅读][下载 1275K] - 鲁锦华;陈兴冲;丁明波;马华军;张熙胤;
为改善低配筋铁路重力式桥墩的延性性能，提出1种墩底设置无黏结钢筋的铁路重力式桥墩。设计制作配筋率分别为0.2%和0.3%、钢筋完全黏结和墩底设置无黏结钢筋共4个模型桥墩，采用拟静力试验，进行墩底设置无黏结钢筋铁路重力式桥墩抗震性能研究。结果表明：墩底设置无黏结钢筋铁路重力式桥墩破坏时仅在墩底形成1条贯穿裂缝，区别于钢筋完全黏结桥墩破坏时墩身出现多条裂缝的破坏特征；在保证承载能力基本不变的情况下，桥墩的极限位移增大，延性提高，但刚度略有下降，滞回曲线形状“捏缩”效应明显，且配筋率越大，“捏缩”效应越明显；在墩底设置无黏结钢筋，可有效改善低配筋铁路重力式桥墩的抗震性能。
2022年02期 v.43;No.183 60-65页 [查看摘要][在线阅读][下载 1211K] - 赵东平;吴楠;涂怀宇;
以新八达岭隧道工程为依托，采用蒙特·卡罗（Monte Carlo）随机有限元抽样计算方法获取衬砌设计变量统计特征，结合数据表法研究轴力与弯矩等随机变量相关性对衬砌截面可靠指标的影响。结果表明：隧道衬砌设计表达式中，轴力与弯矩之间相关性较强，其余随机变量之间存在弱相关性；当轴力与弯矩之间呈现正相关时，考虑变量相关性因素的衬砌截面可靠指标计算结果偏小，而呈现负相关时，计算结果偏大；变量相关性对衬砌拱部截面可靠指标影响较大，对于素混凝土衬砌，考虑相关性后可靠指标计算值减小67.0%；对于钢筋混凝土衬砌，考虑相关性后可靠指标计算值增大51.9%；变量相关性对衬砌除拱部以外截面可靠指标影响较小，考虑变量相关性与否对其可靠指标计算结果无显著影响。
2022年02期 v.43;No.183 66-74页 [查看摘要][在线阅读][下载 1164K] - 王二力;晏启祥;孙明辉;张天;邓志鑫;
列车脱轨会对隧道结构产生重大损害，为此提出一种在保证计算精度的前提下能大幅度提高计算效率的列车撞击盾构隧道混合多尺度动力分析模型，以降低列车脱轨事故的潜在风险。首先，建立考虑管片接头效应的常规非多尺度模型及2种单一多尺度模型（同类型单元粗细网格耦合多尺度模型和不同类型单元壳-体耦合多尺度模型），通过3种模型的管片静力学试验结果对比分析，验证2种单一多尺度模型的适用性；然后，将2种单一多尺度模型结合成混合多尺度模型，应用于列车撞击盾构隧道动力分析中，并与采用常规非多尺度模型的计算结果进行对比。结果表明：在静力荷载下，2种单一多尺度模型在位移、应力及损伤面积的分布规律上与常规非多尺度模型一致，计算值误差均在3.5%以内，且计算时间缩短了50%左右；在撞击荷载下，混合多尺度模型与常规非多尺度模型计算所得的管片位移和拉压损伤发展规律一致，但混合多尺度模型计算数值偏大，除拉伸损伤面积误差为8.56%外，其余结果误差均在5%以内；混合多尺度模型在保证计算精度的前提下，将计算时间缩减了62.4%，为类似问题提供了更为高效的解决方案。
2022年02期 v.43;No.183 75-85页 [查看摘要][在线阅读][下载 1632K] - 孙克国;刘旭;袁子义;肖支飞;侯宗豪;龚伦;
为量化下伏煤层开采对上部既有铁路隧道的显著影响，以近接缓倾煤层开采区的某铁路隧道为工程背景，构建三维数值分析模型并分别采用现场监测和理论计算的方式进行验证；通过数值模拟分析煤层开采全过程中隧道衬砌的变形，对比煤层开采前与开采至Ⅵ边界时隧道最不利截面内力，并利用最小安全系数和最大裂缝宽度2个指标评价煤层开采对上部铁路隧道安全性影响，确定煤层开采的竖向影响范围。结果表明：现场监测和理论计算2种方法均证明了数值模拟参数取值合理、方法可行；煤层开采过程中隧道洞口位置变形最大，沉降增加了7.38倍；煤层开采造成隧道近煤层侧仰拱和边墙内力增大，加剧了隧道洞口的偏压程度；自煤层开始开采到开采至Ⅵ边界的整个过程中，隧道安全系数降低了68.97%，隧道结构裂缝宽度最大达到2.01 mm且与现场检测得到的隧道结构裂缝病害情况相一致；煤层开采的竖向影响范围为自开采区竖向往上2 449 m。
2022年02期 v.43;No.183 86-95页 [查看摘要][在线阅读][下载 1440K] - 常崇义;陈波;蔡园武;王俊彪;
300～400 km·h~(-1)速度范围内高速列车在湿轨条件下的制动黏着行为特点尚不清楚，制约着时速400 km高速列车制动黏着的有效利用。针对这一问题，利用全尺寸高速轮轨关系试验台，研究高速轮轨水介质条件下制动大蠕滑黏着特性，提出基于高速轮轨关系试验台的轮轨水介质条件下制动大蠕滑黏着特性试验方法，探究100～400 km·h~(-1)速度范围内轮轨接触界面为中等粗糙度水平（Ra为0.4～0.6μm）且有水介质条件下纵向蠕滑率为0～30%时的制动黏着特性。结果表明：在纵向蠕滑率从0.5%增至5%～8%过程中，黏着力系数出现了减小的现象，此阶段不利于黏着的利用；纵向蠕滑率增至一定数值后（一般为5%～8%），若继续增加，则出现黏着力系数再上升的现象；试验速度为200 km·h~(-1)时，当纵向蠕滑率增至27%时出现黏着力系数上升的第2个峰，在纵向蠕滑率从30%开始减小过程中黏着力系数出现“卸载峰”；试验速度在300～400 km·h-1范围内，当纵向蠕滑率增至15%左右时出现黏着力系数上升的第2个峰，此处黏着力系数约为第1个峰时的2倍；加载和卸载过程中的黏着力系数再上升阶段都属于稳定阶段，有利于提高轮轨黏着的利用。
2022年02期 v.43;No.183 96-103页 [查看摘要][在线阅读][下载 1547K] - 辛格;钟槭畑;李哲;贾利民;杨洋;李林峰;
为解决列车轴箱轴承故障诊断技术面临的多信号源混叠和早期故障程度无法量化的问题，首先，将经典Kurtogram方法采用的峭度改用基尼系数（Gini Coefficient），并将1/3-二叉树滤波方法与基尼系数结合形成Ginigram信号预处理方法，从多源混叠的轴承振动信号中快速提取微弱故障特征；然后，基于预处理信号的平方包络谱，提出一种新的统计指标循环谐波中值比（Cyclic Harmonic-to-Median Ratio,CHMR），有效量化轴承故障部位和程度的信息，并根据西格玛原则完成轴承故障程度的自主分级。为验证方法的有效性，通过列车轴箱轴承试验台进行正常轴承与自然磨损轴承的对比试验。结果表明：相比于采用峭度的经典Kurtogram方法，采用Ginigram对多信号源混叠的故障信号处理效果更优；在故障部位识别方面，CHMR能够精准诊断轴承故障部位；在故障程度量化方面，CHMR相较于现有的循环分量比、二阶循环平稳指标和故障出现率，能更清晰地量化区分轴承的故障程度。
2022年02期 v.43;No.183 104-114页 [查看摘要][在线阅读][下载 1424K] - 艾轶博;张媛媛;崔浩;张卫冬;
为保障高速列车运行安全，需要对其齿轮箱箱体材料的拉伸损伤进行实时无损监测，传统的力学性能试验不能满足这种要求。为此，利用声发射技术，针对某型号高速列车齿轮箱箱体材料进行拉伸试验，采集拉伸过程中的声发射信号进行参数分析，并利用支持向量机（SVM）分类器对提取的特征参数进行识别分类。在此基础上改进SVM分类器，应用加权支持向量机（WSVM）方法有效减少SVM分类器的误判，并通过研究声发射特征值与拉伸寿命之间关系的规律，建立齿轮箱箱体材料拉伸过程的退化模型。结果表明：声发射信号的对数撞击计数增长速率和对数幅值增长速率可以较好地表征材料拉伸过程所处的阶段，可用于对箱体材料拉伸过程的损伤识别；应用WSVM方法使不平衡数据分类准确率提升至94%以上；建立的退化模型实现了对高速列车齿轮箱箱体材料在拉伸过程中的损伤识别，以及对其剩余寿命的预测。
2022年02期 v.43;No.183 115-124页 [查看摘要][在线阅读][下载 1369K] - 张志超;王磊;李谷;储高峰;祖宏林;杜瑞涛;
在分析动力车密接式车钩和15X车钩结构特点的基础上，分别推导曲线线路上纵向压钩力作用下2种车钩的准静态偏转几何关系；采用多体动力学和子结构方法，建立动力车尾部顶推方式下9节编组动力集中列车动力学模型，其中动力车及与其相邻2节拖车采用三维动力学子结构模型，15X车钩子结构模型采用多边形接触方法，准确模拟钩尾2个圆弧面间的接触摩擦作用及钩尾销与销孔之间的水平偏转止挡作用；研究曲线线路上车钩类型和动力车尾部顶推力对列车动力学性能和安全性指标的影响。结果表明：车钩类型对动力车的轮轨力和安全性指标影响较小，对与动力车相邻拖车4轴的轮轨力和安全性指标影响显著，采用15X车钩时的轮轨横向力和安全性指标均大于采用密接式车钩时；随着动力车顶推力的增大，车钩偏转角、拖车4轴轮轨力也随之增大，15X车钩较密接式车钩的轮轨力增幅更为显著。
2022年02期 v.43;No.183 125-133页 [查看摘要][在线阅读][下载 1637K] - 周利军;周祥宇;林桐;吴振宇;高仕斌;张陈擎宇;
以1台含梯级叠铁心自耦变压器的分裂式绕组为研究对象，通过数值计算和均质化建模获得频变下含梯级叠铁心的导磁特性；然后，运用有限元软件计算绕组电感和电阻的频变特性；再以变压器绕组线饼为单元，在MATLAB中建立考虑频变特性的绕组状态空间方程的解析模型，计算正常及轴向移位故障下绕组的频率响应；最后，通过实验验证模型的正确性。结果表明：随着频率的逐渐增大，变压器叠铁心的各向异性相对有效磁导率和绕组的电感均逐渐减小，而绕组的电阻逐渐增大；理论值与实测值对比，正常、轴向移位故障下绕组频率响应曲线变化趋势一致，这2种情况下考虑频变特性的谐振点频率最大误差分别为-3.35%和5.42%；考虑和未考虑叠铁心梯级影响时，谐振点频率最大误差分别为-3.35%和-8.48%。可见，考虑叠铁心梯级影响后再均质化建模可提高绕组频率响应的建模准确度，有效提高了绕组电感参数计算精度，解析获得频率响应曲线也更加准确。
2022年02期 v.43;No.183 134-142页 [查看摘要][在线阅读][下载 1367K] - 阮杰;龙鹏;许一统;李红梅;
为研究吊弦的疲劳寿命问题须先对吊弦的动态抬升量进行定点实时测量，因此提出一种基于机器视觉的测量方法。首先，通过鼠标交互的方式，在输入视频流的第1帧图像上框选吊弦在接触线侧线夹处的图像作为初始模板图像，并将其中心点定义为初始测量点，以此确定测量的定位。在此基础上，基于二维离散余弦变换将模板图像的信息从图像域转换到频率域，选取其中低频信号代表的系数矩阵，通过哈希算法将该矩阵转换为哈希值，并对输入的每帧图像均采用模板匹配方法，实现对测量点的跟踪，提取测量点的像素坐标。然后，根据相机成像原理，建立吊弦抬升量测量模型，通过摄像机内参标定和坐标系逆变换推导出像素坐标与实际位移之间的转换公式，完成对吊弦动态抬升量的计算。为验证测量方法的有效性，选取京广高速铁路武汉至乌龙泉东区间段进行现场测试。结果表明：采用该方法处理单帧图像的时间仅需0.1 s，吊弦动态抬升量测量误差最大为4.6%，具有较高的测量精度，能够实时、有效地获得吊弦动态抬升量。
2022年02期 v.43;No.183 143-151页 [查看摘要][在线阅读][下载 1330K] - 张文静;曹博文;刘曰锋;岳强;徐洪泽;
为减小中速磁浮列车运行阻力对运行性能的不利影响，设计一种基于分数阶滑模自适应神经网络（FO-SMAC-NN）的运行控制器。首先，在考虑列车实际运行过程中受到的空气阻力、涡流阻力以及坡道附加阻力3种阻力的基础上，构造运动学方程；其次，设计分数阶滑模自适应神经网络控制律和滑模自适应参数的更新律，得到由速度前馈、分数阶滑模自适应等效控制和自适应神经网络阻力补偿3个部分组成的FO-SMAC-NN运行控制器；然后，运用李雅普诺夫定理证明采用该运行控制器的闭环控制系统的稳定性；最后，依托长10 km的仿真试验线和6节编组仿真列车，分别在理想情况和功率谱密度为108的白噪声干扰情况下，仿真对比FO-SMAC-NN运行控制器和传统比例-积分-微分（PID）运行控制器控制下的列车运行性能。结果表明：FO-SMAC-NN运行控制器可以准确估计并补偿列车运行中受到的各项阻力，增强了运行控制系统的鲁棒性，有效提高了列车位置与速度的控制性能。
2022年02期 v.43;No.183 152-160页 [查看摘要][在线阅读][下载 2766K] - 闫璐;张琦;丁舒忻;王荣笙;
针对高速铁路列车运行中因干扰而产生的列车运行晚点情况，以车站作业、区间运行、追踪间隔等时间为约束条件，以最小化列车总晚点时间和最小化列车到发时刻调整次数为双优化目标，构建高速铁路列车运行调整的双目标优化模型，并通过定义辅助矩阵将其转化为线性规划模型；设计改进的ε-约束法，通过商用求解器GUROBI求解模型。以京沪高铁北京南至泰安段为例，设计3种干扰场景，采用该模型和算法进行列车运行调整，并与其分别采用加权法和先到先服务法求解的结果进行对比验证。结果表明：提出的模型和改进的ε-约束法能够有效生成不同列车到发时刻调整次数下的调度策略，为调度员提供不同偏好下的决策方案；与加权法和先到先服务法相比，改进的ε-约束法能够得到整个帕累托前沿，尤其是非凸前沿，并且在非支配解个数、逆代距和超体积3个优化性能评价指标上均具有明显优势，能得到更优的列车运行调整方案。
2022年02期 v.43;No.183 161-171页 [查看摘要][在线阅读][下载 1455K] - 陶桂东;李莉;张国安;Michael Kinsey;宋楠;
采用全尺寸高速列车作为演练地，研究发生火灾时列车上整体人员的疏散行为。设计不同实验变量，设置涵盖整列站台疏散、整列轨面疏散、单车行李疏散和单车团体疏散 4大类别的疏散场景 13个，运用实际演练和 MassMotion 软件仿真模拟 2 种方法，对比不同场景下不同实验变量对高速列车上人员疏散的行为影响，研究 MassMotion 软件用于高速列车人员疏散仿真的适用性。结果表明：在列车所有出口均保持开启状态的整列站台疏散场景中，全定员 576人完成疏散共用时 96 s，各出口的疏散流量基本在 1.2～1.4人 ·（s·m)~(-1)；对疏散效率造成影响的因素主要包括车厢出口数量、乘客疏散时是否携带行李以及携带行李的乘客比例，为尽量减小火灾带来的影响，列车设计时应尽量避免单出口车厢，并在火灾时通过疏散广播等形式明确告知乘客不要携带行李；MassMotion 软件能够较好地预测人员疏散趋势，但由于内置参数较实际情况存在差异，模拟得到的疏散率整体趋于保守，在回避其局限性的基础上仍可将此软件用于新型列车的前期设计。
2022年02期 v.43;No.183 172-182页 [查看摘要][在线阅读][下载 1126K] 下载本期数据