- 张徐;赵春发;翟婉明;
为研究高速铁路有砟道床因反复承受高频率的列车荷载作用而劣化及累积变形的规律,利用离散元分析软件PFC并考虑道砟颗粒的真实几何形态,建立高速铁路有砟道床三维离散元模型,模拟分析不同频率、不同幅值循环简谐荷载作用下道床的累积变形,并通过统计分析道砟颗粒的重排行为,从细观层面探讨荷载频率对道床累积变形行为的影响机理。开展高速铁路有砟道床的室内实尺模型累积变形试验,验证道床离散元模型的合理性和模拟结果的可靠性。结果表明:在相近的荷载工况下,模拟分析获得的道床累积变形结果与实尺模型试验结果较为吻合;循环简谐荷载的频率低于15 Hz时,道床的累积变形主要由道砟颗粒间的相对接触滑动引起,但累积变形及其增长速率均不大;当荷载频率提高至20 Hz以上时,道床的累积变形及其增长速率随荷载频率的提高而快速增大,且其主要原因是道砟颗粒发生了剧烈转动。
2017年01期 v.38;No.152 1-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 2312K] - 张徐;赵春发;翟婉明;
为研究高速铁路有砟道床因反复承受高频率的列车荷载作用而劣化及累积变形的规律,利用离散元分析软件PFC并考虑道砟颗粒的真实几何形态,建立高速铁路有砟道床三维离散元模型,模拟分析不同频率、不同幅值循环简谐荷载作用下道床的累积变形,并通过统计分析道砟颗粒的重排行为,从细观层面探讨荷载频率对道床累积变形行为的影响机理。开展高速铁路有砟道床的室内实尺模型累积变形试验,验证道床离散元模型的合理性和模拟结果的可靠性。结果表明:在相近的荷载工况下,模拟分析获得的道床累积变形结果与实尺模型试验结果较为吻合;循环简谐荷载的频率低于15 Hz时,道床的累积变形主要由道砟颗粒间的相对接触滑动引起,但累积变形及其增长速率均不大;当荷载频率提高至20 Hz以上时,道床的累积变形及其增长速率随荷载频率的提高而快速增大,且其主要原因是道砟颗粒发生了剧烈转动。
2017年01期 v.38;No.152 1-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 2312K] - 郑新国;
为深入研究用于高速铁路无砟轨道结构沉降修复的高聚物注浆抬升技术,模拟无砟轨道结构抬升时的重力反压作用,研究反压成型高聚物注浆材料的膨胀特性及其固结体的力学性能,并利用扫描电子显微镜分析固结体的泡孔结构。结果表明:在反压成型条件下,高聚物注浆材料在起发时间以前(0~10s)的膨胀力基本为零,在起发至表干时间(10~20s)其膨胀力迅速增大,在表干时间之后(20s以后)其膨胀力基本趋于稳定;随着高聚物注浆量的增加,高聚物注浆材料的膨胀力增大、其固结体的密度增加、泡孔占有的体积减少、固结体的压缩强度和弹性模量呈线性增长;通过调整高聚物注浆材料的注入量,可以为不同约束阻力的无砟轨道结构提供足够的抬升力;服役中反压成型高聚物注浆材料固结体的受力处于弹性阶段,且固结体的弹性模量与基床表层级配碎石的弹性模量相当,可与级配碎石协同受力。
2017年01期 v.38;No.152 9-15页 [查看摘要][在线阅读][下载 2105K] - 郑新国;
为深入研究用于高速铁路无砟轨道结构沉降修复的高聚物注浆抬升技术,模拟无砟轨道结构抬升时的重力反压作用,研究反压成型高聚物注浆材料的膨胀特性及其固结体的力学性能,并利用扫描电子显微镜分析固结体的泡孔结构。结果表明:在反压成型条件下,高聚物注浆材料在起发时间以前(0~10s)的膨胀力基本为零,在起发至表干时间(10~20s)其膨胀力迅速增大,在表干时间之后(20s以后)其膨胀力基本趋于稳定;随着高聚物注浆量的增加,高聚物注浆材料的膨胀力增大、其固结体的密度增加、泡孔占有的体积减少、固结体的压缩强度和弹性模量呈线性增长;通过调整高聚物注浆材料的注入量,可以为不同约束阻力的无砟轨道结构提供足够的抬升力;服役中反压成型高聚物注浆材料固结体的受力处于弹性阶段,且固结体的弹性模量与基床表层级配碎石的弹性模量相当,可与级配碎石协同受力。
2017年01期 v.38;No.152 9-15页 [查看摘要][在线阅读][下载 2105K] - 张军平;
基于Fick定律,建立氯离子在压浆体保护层径向的扩散方程,推导锚索孔道压浆体中氯离子的等效扩散系数计算式,揭示氯离子等效扩散系数、锚索钢绞线的腐蚀时间与压浆体保护层厚度之间的数学关系;采用外加电场梯度进行加速腐蚀试验,并根据试验数据计算等效扩散系数的数值,比较不同配方压浆体的抗腐蚀性能。结果表明:在腐蚀诱导期,压浆体保护层中的氯离子等效扩散系数随压浆体保护层厚度的增大而减小,腐蚀时间与压浆体保护层的厚度呈幂函数变化关系;在腐蚀发展期,氯离子的扩散从非稳态扩散逐渐趋于稳态扩散,等效扩散系数也逐渐减小并趋于稳定值,锚索钢绞线的腐蚀过程也同时由非稳态逐渐过渡到稳态;在诱导期和发展期,掺有高性能压浆剂的水泥压浆体中锚索钢绞线的腐蚀时间分别约为纯水泥压浆体的1.5倍和4倍,因此采用适宜的压浆剂能够成倍提高压浆体的抗腐蚀性能。
2017年01期 v.38;No.152 16-21页 [查看摘要][在线阅读][下载 809K] - 张军平;
基于Fick定律,建立氯离子在压浆体保护层径向的扩散方程,推导锚索孔道压浆体中氯离子的等效扩散系数计算式,揭示氯离子等效扩散系数、锚索钢绞线的腐蚀时间与压浆体保护层厚度之间的数学关系;采用外加电场梯度进行加速腐蚀试验,并根据试验数据计算等效扩散系数的数值,比较不同配方压浆体的抗腐蚀性能。结果表明:在腐蚀诱导期,压浆体保护层中的氯离子等效扩散系数随压浆体保护层厚度的增大而减小,腐蚀时间与压浆体保护层的厚度呈幂函数变化关系;在腐蚀发展期,氯离子的扩散从非稳态扩散逐渐趋于稳态扩散,等效扩散系数也逐渐减小并趋于稳定值,锚索钢绞线的腐蚀过程也同时由非稳态逐渐过渡到稳态;在诱导期和发展期,掺有高性能压浆剂的水泥压浆体中锚索钢绞线的腐蚀时间分别约为纯水泥压浆体的1.5倍和4倍,因此采用适宜的压浆剂能够成倍提高压浆体的抗腐蚀性能。
2017年01期 v.38;No.152 16-21页 [查看摘要][在线阅读][下载 809K] - 徐玉坡;
应用三维制图软件PTC Creo和有限元分析软件ANSYS Workbench研究和设计30t轴重重载铁路的加强型钢轨接头,并对加强型钢轨接头、全断面钢轨接头和非接头处钢轨(75kg·m-1钢轨)进行静载有限元仿真分析和室内试验。结果表明:全断面钢轨接头和加强型钢轨接头的钢轨挠度以及夹板挠度与荷载基本呈线性关系;全断面钢轨接头的钢轨挠度最大,为加强型钢轨接头钢轨挠度的1.36倍,且全断面接头的钢轨挠度与非接头处钢轨的挠度比值在0.94~1.38之间,而加强型钢轨接头的钢轨挠度与非接头处钢轨挠度的比值在0.94~1.01之间,即加强型钢轨接头的抗弯刚度与非接头处钢轨相当,验证了加强型钢轨接头的抗弯性能优于全断面钢轨接头,且满足设计要求。
2017年01期 v.38;No.152 22-28页 [查看摘要][在线阅读][下载 1464K] - 徐玉坡;
应用三维制图软件PTC Creo和有限元分析软件ANSYS Workbench研究和设计30t轴重重载铁路的加强型钢轨接头,并对加强型钢轨接头、全断面钢轨接头和非接头处钢轨(75kg·m-1钢轨)进行静载有限元仿真分析和室内试验。结果表明:全断面钢轨接头和加强型钢轨接头的钢轨挠度以及夹板挠度与荷载基本呈线性关系;全断面钢轨接头的钢轨挠度最大,为加强型钢轨接头钢轨挠度的1.36倍,且全断面接头的钢轨挠度与非接头处钢轨的挠度比值在0.94~1.38之间,而加强型钢轨接头的钢轨挠度与非接头处钢轨挠度的比值在0.94~1.01之间,即加强型钢轨接头的抗弯刚度与非接头处钢轨相当,验证了加强型钢轨接头的抗弯性能优于全断面钢轨接头,且满足设计要求。
2017年01期 v.38;No.152 22-28页 [查看摘要][在线阅读][下载 1464K] - 王少锋;刘林芽;刘海涛;程珊;
基于单轮对荷载作用下钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生寿命的预测方法,结合疲劳损伤累积理论,提出基于疲劳损伤累积的钢轨裂纹萌生寿命预测方法,确定转向架前、后轮对累积荷载作用下重载铁路曲线内轨裂纹的萌生寿命及其特征;构造权重参数,用以表征前、后轮对在内轨裂纹萌生过程中各自的作用权重。采用SIMPACK仿真软件建立C70型货车、LM型车轮踏面、U75V钢轨构成的车辆—轨道模型,预测不同曲线半径、超高、轨底坡和摩擦系数工况下内轨裂纹的萌生寿命、萌生位置和开裂方向、权重参数,并与现场试验进行对比。结果表明:内轨裂纹的萌生要早于外轨,并发生在距离轨顶约2~3mm的轨头次表面,车轮对内轨的磨耗作用不大;在内轨裂纹的萌生过程中,随着轨道条件的变化,轮对的权重取值范围可以划分为3个区域,分别对应前轮对作用权重绝对大和相对大以及后轮对作用权重相对大3类情况;大多数内轨裂纹的开裂方向分布在一定的范围之内,但有少部分裂纹的开裂方向异常且在扩展过程中容易产生剥离掉块。
2017年01期 v.38;No.152 29-36页 [查看摘要][在线阅读][下载 1461K] - 王少锋;刘林芽;刘海涛;程珊;
基于单轮对荷载作用下钢轨滚动接触疲劳裂纹萌生寿命的预测方法,结合疲劳损伤累积理论,提出基于疲劳损伤累积的钢轨裂纹萌生寿命预测方法,确定转向架前、后轮对累积荷载作用下重载铁路曲线内轨裂纹的萌生寿命及其特征;构造权重参数,用以表征前、后轮对在内轨裂纹萌生过程中各自的作用权重。采用SIMPACK仿真软件建立C70型货车、LM型车轮踏面、U75V钢轨构成的车辆—轨道模型,预测不同曲线半径、超高、轨底坡和摩擦系数工况下内轨裂纹的萌生寿命、萌生位置和开裂方向、权重参数,并与现场试验进行对比。结果表明:内轨裂纹的萌生要早于外轨,并发生在距离轨顶约2~3mm的轨头次表面,车轮对内轨的磨耗作用不大;在内轨裂纹的萌生过程中,随着轨道条件的变化,轮对的权重取值范围可以划分为3个区域,分别对应前轮对作用权重绝对大和相对大以及后轮对作用权重相对大3类情况;大多数内轨裂纹的开裂方向分布在一定的范围之内,但有少部分裂纹的开裂方向异常且在扩展过程中容易产生剥离掉块。
2017年01期 v.38;No.152 29-36页 [查看摘要][在线阅读][下载 1461K] - 胡剑虹;唐志峰;蒋金洲;吕福在;潘晓弘;
为实现在钢轨中激励特定模态的导波,采用半解析有限元(Semi-Analysis Finite Element,SAFE)方法建立钢轨的SAFE模型,推导沿钢轨传播导波的控制方程,计算导波在钢轨中传播的相速度和群速度;根据导波在钢轨中传播的相速度频散曲线确定梳状传感器的工作点,设计能够在钢轨中激励特定模态导波的梳状传感器。将设计的梳状传感器布置在5.5m长的60kg·m-1钢轨上,根据实测钢轨的回波信号端面波包计算的32和64kHz导波群速度分别为2 583和2 750m·s-1,与利用钢轨SAFE模型计算所得的理论群速度2 626和2 734m·s-1相比,分别只相差1.64%和0.59%,说明建立的钢轨SAFE模型计算精度高,设计的梳状传感器能够实现特定模态导波的激励。
2017年01期 v.38;No.152 37-42页 [查看摘要][在线阅读][下载 1012K] - 胡剑虹;唐志峰;蒋金洲;吕福在;潘晓弘;
为实现在钢轨中激励特定模态的导波,采用半解析有限元(Semi-Analysis Finite Element,SAFE)方法建立钢轨的SAFE模型,推导沿钢轨传播导波的控制方程,计算导波在钢轨中传播的相速度和群速度;根据导波在钢轨中传播的相速度频散曲线确定梳状传感器的工作点,设计能够在钢轨中激励特定模态导波的梳状传感器。将设计的梳状传感器布置在5.5m长的60kg·m-1钢轨上,根据实测钢轨的回波信号端面波包计算的32和64kHz导波群速度分别为2 583和2 750m·s-1,与利用钢轨SAFE模型计算所得的理论群速度2 626和2 734m·s-1相比,分别只相差1.64%和0.59%,说明建立的钢轨SAFE模型计算精度高,设计的梳状传感器能够实现特定模态导波的激励。
2017年01期 v.38;No.152 37-42页 [查看摘要][在线阅读][下载 1012K] - 孙加林;
采用通用有限元软件MIDAS/CIVIL建立郑西客运专线渭南北站桥上单开和渡线无缝道岔—桥梁有限元模型,研究温度场作用下无缝道岔与桥梁的相互作用。结果表明:在温度荷载作用下,单开道岔和渡线道岔区钢轨的纵向位移远大于横向位移,最大横向位移约为1~2mm,最大纵向位移约为20~30mm,但均小于钢轨位移允许限值40mm;单开道岔和渡线无缝道岔区钢轨的最大温度纵向力分别为1 303和1 340kN,均发生在连续梁梁缝附近约20m范围内,因此应加强该区域钢轨的监测和养护,防止出现夏季胀轨、冬季断轨的现象,且建议在梁缝处适当减小扣件阻力;单开道岔和渡线道岔区梁体的横向位移非常接近且均较小,最大值分别为2.7和2.8mm,但梁体的纵向位移差异较大,最大值分别为5.3和26.8mm,且均发生在梁端部;无缝道岔区钢轨的温度变形对桥梁的纵向和横向位移影响均很小,梁体均匀温升是引起梁体变形的主要原因,因此桥梁的养护维修可不必过于关注道岔区温度力的影响。
2017年01期 v.38;No.152 43-48页 [查看摘要][在线阅读][下载 1321K] - 孙加林;
采用通用有限元软件MIDAS/CIVIL建立郑西客运专线渭南北站桥上单开和渡线无缝道岔—桥梁有限元模型,研究温度场作用下无缝道岔与桥梁的相互作用。结果表明:在温度荷载作用下,单开道岔和渡线道岔区钢轨的纵向位移远大于横向位移,最大横向位移约为1~2mm,最大纵向位移约为20~30mm,但均小于钢轨位移允许限值40mm;单开道岔和渡线无缝道岔区钢轨的最大温度纵向力分别为1 303和1 340kN,均发生在连续梁梁缝附近约20m范围内,因此应加强该区域钢轨的监测和养护,防止出现夏季胀轨、冬季断轨的现象,且建议在梁缝处适当减小扣件阻力;单开道岔和渡线道岔区梁体的横向位移非常接近且均较小,最大值分别为2.7和2.8mm,但梁体的纵向位移差异较大,最大值分别为5.3和26.8mm,且均发生在梁端部;无缝道岔区钢轨的温度变形对桥梁的纵向和横向位移影响均很小,梁体均匀温升是引起梁体变形的主要原因,因此桥梁的养护维修可不必过于关注道岔区温度力的影响。
2017年01期 v.38;No.152 43-48页 [查看摘要][在线阅读][下载 1321K] - 陈士通;程泳;张耀辉;骆宪龙;
为明确在役提梁机的作业状态对其结构安全的影响,以MT900型提梁机为例,结合其作业过程选取走行轨道的支点高差、支点横向偏差、支点纵向偏差和起升荷载冲击系数4个运行参数作为研究提梁机结构安全的影响因素,以这些参数对主梁应力、支腿应力和主梁跨中挠度等的影响程度为试验目标,基于正交试验设计进行相关数值模拟试验,利用极差分析研究各运行参数对结构应力和挠度影响程度的主次顺序,进而研究影响显著因素对提梁机主梁和支腿应力及主梁跨中挠度的影响规律。结果表明:4个运行参数对主梁应力、支腿应力和主梁跨中挠度均有影响,但对支腿应力的影响最为明显;对主梁应力的影响程度从大到小依次为支点纵向偏差、冲击系数、支点高差、支点横向偏差;对支腿应力的影响程度从大到小依次为支点纵向偏差、冲击系数、支点横向偏差、支点高差;对主梁跨中挠度的影响程度从大到小依次为支点高差、冲击系数、支点横向偏差、支点纵向偏差;支点纵向偏差和支点横向偏差是影响提梁机支腿结构安全的主要因素,且这2种偏差与支腿应力基本呈线性关系。
2017年01期 v.38;No.152 49-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 832K] - 陈士通;程泳;张耀辉;骆宪龙;
为明确在役提梁机的作业状态对其结构安全的影响,以MT900型提梁机为例,结合其作业过程选取走行轨道的支点高差、支点横向偏差、支点纵向偏差和起升荷载冲击系数4个运行参数作为研究提梁机结构安全的影响因素,以这些参数对主梁应力、支腿应力和主梁跨中挠度等的影响程度为试验目标,基于正交试验设计进行相关数值模拟试验,利用极差分析研究各运行参数对结构应力和挠度影响程度的主次顺序,进而研究影响显著因素对提梁机主梁和支腿应力及主梁跨中挠度的影响规律。结果表明:4个运行参数对主梁应力、支腿应力和主梁跨中挠度均有影响,但对支腿应力的影响最为明显;对主梁应力的影响程度从大到小依次为支点纵向偏差、冲击系数、支点高差、支点横向偏差;对支腿应力的影响程度从大到小依次为支点纵向偏差、冲击系数、支点横向偏差、支点高差;对主梁跨中挠度的影响程度从大到小依次为支点高差、冲击系数、支点横向偏差、支点纵向偏差;支点纵向偏差和支点横向偏差是影响提梁机支腿结构安全的主要因素,且这2种偏差与支腿应力基本呈线性关系。
2017年01期 v.38;No.152 49-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 832K] - 王志伟;赵有明;张千里;马伟斌;马超锋;
基于热力学原理与能量耗散原理,针对高速铁路隧道基底混凝土结构"拉—压—拉—压"反复受力特点,定义双标量损伤变量,引入硬化函数,建立混凝土受拉、受压条件下基于修正弹塑性亥姆霍兹自由能的随机损伤本构模型。在有效应力空间,根据塑性力学正交法则推导损伤变量的演化法则;在概率密度演化方程求解的基础上,建立"弹性预测—塑性修正—损伤修正"数值分析算法,并进行程序二次开发,实现对随机损伤本构模型的求解。通过与混凝土单轴拉伸、单轴压缩室内试验结果对比,验证所建立随机损伤本构模型的准确性和适用性。该模型既可在均值意义上反映混凝土受拉、受压的应力—应变关系,也可以在概率意义上模拟其离散范围,较为全面地反映了混凝土受力行为的非线性与随机性;可用于计算分析隧道基底混凝土结构的损伤演化规律及损伤疲劳寿命。
2017年01期 v.38;No.152 57-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 1812K] - 王志伟;赵有明;张千里;马伟斌;马超锋;
基于热力学原理与能量耗散原理,针对高速铁路隧道基底混凝土结构"拉—压—拉—压"反复受力特点,定义双标量损伤变量,引入硬化函数,建立混凝土受拉、受压条件下基于修正弹塑性亥姆霍兹自由能的随机损伤本构模型。在有效应力空间,根据塑性力学正交法则推导损伤变量的演化法则;在概率密度演化方程求解的基础上,建立"弹性预测—塑性修正—损伤修正"数值分析算法,并进行程序二次开发,实现对随机损伤本构模型的求解。通过与混凝土单轴拉伸、单轴压缩室内试验结果对比,验证所建立随机损伤本构模型的准确性和适用性。该模型既可在均值意义上反映混凝土受拉、受压的应力—应变关系,也可以在概率意义上模拟其离散范围,较为全面地反映了混凝土受力行为的非线性与随机性;可用于计算分析隧道基底混凝土结构的损伤演化规律及损伤疲劳寿命。
2017年01期 v.38;No.152 57-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 1812K] - 王明年;徐湉源;于丽;罗勇;
为解决高填方明洞整体式衬砌过厚导致的水化热裂缝问题,在渝利铁路重庆丰都高填方明洞工程中首次采用双层衬砌设计,通过现场实测及数值模拟2种方法分析该新型结构的动态力学特性。结果表明:在回填土达到明洞顶部前,即仅有侧向荷载时,明洞结构的内力增量很小,在回填高度超过明洞顶部后,明洞的内力则随回填高度的增加而线性增长;双层衬砌明洞的外衬和内衬的轴力之比接近二者的厚度之比,而二者的弯矩之比则无类似规律,二者的相互作用方式与组合梁类似;采用混凝土坝基础时一定程度上增大明洞的荷载,其上明洞的轴力和弯矩分别为软岩基础上明洞的1.2~1.6倍和1.6~2.4倍;明洞拉应力集中现象主要出现在边墙位置。建议对混凝土坝基础上的明洞采取减载和优化边墙结构措施。
2017年01期 v.38;No.152 68-76页 [查看摘要][在线阅读][下载 2462K] - 王明年;徐湉源;于丽;罗勇;
为解决高填方明洞整体式衬砌过厚导致的水化热裂缝问题,在渝利铁路重庆丰都高填方明洞工程中首次采用双层衬砌设计,通过现场实测及数值模拟2种方法分析该新型结构的动态力学特性。结果表明:在回填土达到明洞顶部前,即仅有侧向荷载时,明洞结构的内力增量很小,在回填高度超过明洞顶部后,明洞的内力则随回填高度的增加而线性增长;双层衬砌明洞的外衬和内衬的轴力之比接近二者的厚度之比,而二者的弯矩之比则无类似规律,二者的相互作用方式与组合梁类似;采用混凝土坝基础时一定程度上增大明洞的荷载,其上明洞的轴力和弯矩分别为软岩基础上明洞的1.2~1.6倍和1.6~2.4倍;明洞拉应力集中现象主要出现在边墙位置。建议对混凝土坝基础上的明洞采取减载和优化边墙结构措施。
2017年01期 v.38;No.152 68-76页 [查看摘要][在线阅读][下载 2462K] - 雷晓燕;徐斌;徐满清;
基于比例边界有限元法与傅里叶积分变换,分析移动荷载作用下半无限弹性空间中地铁隧道动力响应。考虑到移动荷载运动方向与地铁隧道轴线方向的一致性,将半无限弹性空间动力控制方程进行频域—波数域的傅里叶积分变换;在变换域内,隧道径向采用比例坐标系,环向采用有限元意义离散,在计算域内利用Galerkin法,建立频域—波数域内的比例边界有限元方程,进而推导出半无限空间动力刚度的一阶微分矩阵方程;再利用高频渐近展开和傅里叶积分逆变换,得到时间—空间域系统的动力响应。该方法极大地减小了计算分析量,同时避免了无限边界的计算误差。利用该方法进行实例计算的结果表明:随着荷载移动速度的增大,地铁隧道振动波传播到土体表面,引起的土体振动有放大增强的现象,将会对地铁隧道上部结构的安全性造成一定影响。
2017年01期 v.38;No.152 77-85页 [查看摘要][在线阅读][下载 1498K] - 雷晓燕;徐斌;徐满清;
基于比例边界有限元法与傅里叶积分变换,分析移动荷载作用下半无限弹性空间中地铁隧道动力响应。考虑到移动荷载运动方向与地铁隧道轴线方向的一致性,将半无限弹性空间动力控制方程进行频域—波数域的傅里叶积分变换;在变换域内,隧道径向采用比例坐标系,环向采用有限元意义离散,在计算域内利用Galerkin法,建立频域—波数域内的比例边界有限元方程,进而推导出半无限空间动力刚度的一阶微分矩阵方程;再利用高频渐近展开和傅里叶积分逆变换,得到时间—空间域系统的动力响应。该方法极大地减小了计算分析量,同时避免了无限边界的计算误差。利用该方法进行实例计算的结果表明:随着荷载移动速度的增大,地铁隧道振动波传播到土体表面,引起的土体振动有放大增强的现象,将会对地铁隧道上部结构的安全性造成一定影响。
2017年01期 v.38;No.152 77-85页 [查看摘要][在线阅读][下载 1498K] - 周勇;王晓莉;朱彦鹏;高升;
以兰州某地铁湿陷性黄土深基坑工程为研究对象,对深基坑开挖施工过程中钻孔灌注桩的桩体水平位移、坑周地表沉降、支撑轴力和地下水位进行实时监测;采用Midas Gts软件建立车站端头井的三维渗流应力耦合模型,分析车站深基坑在降低水位条件下的渗流稳定性。结果表明:在水位降低条件下开挖深基坑,随着开挖深度的增加,桩体的水平位移增大,而且呈现桩体中间的增幅大、两端的增幅小的特征,桩体最大水平位移通常出现在基坑开挖深度的1/2至2/3处;钢支撑的拆除对相邻钢支撑的轴力有较大影响,因此拆除钢支撑时应合理设计拆除方案;孔隙水压力由坑内向坑外呈现增大趋势;在深基坑内侧降低水位对围护结构的影响较小,而在深基坑外侧降低水位会导致有效应力增加,加大地面沉降;数值模拟结果与现场监测结果较为接近;采用钻孔灌注桩加钢支撑这一支护形式能够有效地控制湿陷性黄土深基坑围护结构的变形和坑周的地表沉降。
2017年01期 v.38;No.152 86-94页 [查看摘要][在线阅读][下载 2275K] - 周勇;王晓莉;朱彦鹏;高升;
以兰州某地铁湿陷性黄土深基坑工程为研究对象,对深基坑开挖施工过程中钻孔灌注桩的桩体水平位移、坑周地表沉降、支撑轴力和地下水位进行实时监测;采用Midas Gts软件建立车站端头井的三维渗流应力耦合模型,分析车站深基坑在降低水位条件下的渗流稳定性。结果表明:在水位降低条件下开挖深基坑,随着开挖深度的增加,桩体的水平位移增大,而且呈现桩体中间的增幅大、两端的增幅小的特征,桩体最大水平位移通常出现在基坑开挖深度的1/2至2/3处;钢支撑的拆除对相邻钢支撑的轴力有较大影响,因此拆除钢支撑时应合理设计拆除方案;孔隙水压力由坑内向坑外呈现增大趋势;在深基坑内侧降低水位对围护结构的影响较小,而在深基坑外侧降低水位会导致有效应力增加,加大地面沉降;数值模拟结果与现场监测结果较为接近;采用钻孔灌注桩加钢支撑这一支护形式能够有效地控制湿陷性黄土深基坑围护结构的变形和坑周的地表沉降。
2017年01期 v.38;No.152 86-94页 [查看摘要][在线阅读][下载 2275K] - 马驰;
为实现对大功率、低开关频率变流器的控制,通过建立两相两重四象限变流器主电路的数学模型,分析变流器主电路的电气特性;在考虑线路电阻的基础上,采用电压外环和基于坐标变换电流内环的双闭环控制方法对变流器的调制电压进行控制;提出倍增控制频率的载波移相方法,可在不增加硬件设备的情况下降低牵引电网侧低次谐波的含量,并结合正弦波脉宽调制(SPWM)技术,实现对以多种开关频率工作的变流器的控制;以TMS320F28335型DSP芯片为平台,设计包括初始化程序、串行通信服务程序和定时中断程序的控制软件,并在背靠背功率互馈试验台进行验证。结果表明:采用给出的两相两重四象限变流器控制方法,能够使变流器在启动工况下的电流变化平稳,在牵引工况和制动工况下,大功率、低开关频率变流器可以单位功率因数满载运行,而且中间电压波动较小、输入电流无异常波动,大幅减少了牵引电网侧的低次谐波成分和总谐波失真率。
2017年01期 v.38;No.152 95-101页 [查看摘要][在线阅读][下载 1353K] - 马驰;
为实现对大功率、低开关频率变流器的控制,通过建立两相两重四象限变流器主电路的数学模型,分析变流器主电路的电气特性;在考虑线路电阻的基础上,采用电压外环和基于坐标变换电流内环的双闭环控制方法对变流器的调制电压进行控制;提出倍增控制频率的载波移相方法,可在不增加硬件设备的情况下降低牵引电网侧低次谐波的含量,并结合正弦波脉宽调制(SPWM)技术,实现对以多种开关频率工作的变流器的控制;以TMS320F28335型DSP芯片为平台,设计包括初始化程序、串行通信服务程序和定时中断程序的控制软件,并在背靠背功率互馈试验台进行验证。结果表明:采用给出的两相两重四象限变流器控制方法,能够使变流器在启动工况下的电流变化平稳,在牵引工况和制动工况下,大功率、低开关频率变流器可以单位功率因数满载运行,而且中间电压波动较小、输入电流无异常波动,大幅减少了牵引电网侧的低次谐波成分和总谐波失真率。
2017年01期 v.38;No.152 95-101页 [查看摘要][在线阅读][下载 1353K] - 王科;胡海涛;魏文婧;邵洋;陈丽华;何正友;
在分析动车组运行中的受力、基本运行工况和牵引控制策略的基础上,考虑功率因数在动车组牵引、惰行和制动3种运行工况下的动态特性和谐波间交互影响,建立由动态有功功率计算模型、动态无功功率计算模型和谐波耦合诺顿等效计算模型组成的单列动车组动态负荷计算模型,再结合列车运行图、线路资料中可提供的信息,给出整条高速铁路的动态牵引负荷建模方法。采用该计算方法对某高速铁路牵引供电系统的动态电能质量以及系统负荷进行评估,并校核了牵引变压器的容量。结果表明:与采用固定功率因数和非耦合谐波诺顿等效模型相比,该计算方法具有更高的精度,可为高速铁路牵引供电系统的动态电能质量评估提供准确的动车组数量、动车组位置、视在功率、谐波输出含量等实时负荷信息,可准确评估整条高速铁路有功功率、无功功率的分布以及不同供电方式下牵引变压器容量的利用情况,为制定分布式无功补偿方案、再生制动能量利用方案提供科学依据。
2017年01期 v.38;No.152 102-110页 [查看摘要][在线阅读][下载 2449K] - 王科;胡海涛;魏文婧;邵洋;陈丽华;何正友;
在分析动车组运行中的受力、基本运行工况和牵引控制策略的基础上,考虑功率因数在动车组牵引、惰行和制动3种运行工况下的动态特性和谐波间交互影响,建立由动态有功功率计算模型、动态无功功率计算模型和谐波耦合诺顿等效计算模型组成的单列动车组动态负荷计算模型,再结合列车运行图、线路资料中可提供的信息,给出整条高速铁路的动态牵引负荷建模方法。采用该计算方法对某高速铁路牵引供电系统的动态电能质量以及系统负荷进行评估,并校核了牵引变压器的容量。结果表明:与采用固定功率因数和非耦合谐波诺顿等效模型相比,该计算方法具有更高的精度,可为高速铁路牵引供电系统的动态电能质量评估提供准确的动车组数量、动车组位置、视在功率、谐波输出含量等实时负荷信息,可准确评估整条高速铁路有功功率、无功功率的分布以及不同供电方式下牵引变压器容量的利用情况,为制定分布式无功补偿方案、再生制动能量利用方案提供科学依据。
2017年01期 v.38;No.152 102-110页 [查看摘要][在线阅读][下载 2449K] - 曹建国;宋红攀;刘鑫贵;吴毅;江军;项彬;
以CRH380B型高速动车组的非动力车轴为研究对象,开展高速动车组非动力车轴的疲劳寿命预测分析。采用有限元分析软件ANSYS建立轮对有限元模型,进行车轴危险截面处的应力分析;采用动力学仿真软件SIMPACK建立高速动车组整车模型,分析车轴垂向和横向载荷随时间的变化情况;采用疲劳累计损伤理论,以车轴的应力和载荷谱为输入,基于疲劳寿命专用仿真软件FE-SAFE对车轴进行疲劳寿命分析。结果表明:非动力车轴轮座内侧的过渡圆弧处为最大应力部位和危险部位,最大应力为122.01 MPa,疲劳寿命约为28.6a,均满足车轴静强度和设计寿命的要求。
2017年01期 v.38;No.152 111-116页 [查看摘要][在线阅读][下载 804K] - 曹建国;宋红攀;刘鑫贵;吴毅;江军;项彬;
以CRH380B型高速动车组的非动力车轴为研究对象,开展高速动车组非动力车轴的疲劳寿命预测分析。采用有限元分析软件ANSYS建立轮对有限元模型,进行车轴危险截面处的应力分析;采用动力学仿真软件SIMPACK建立高速动车组整车模型,分析车轴垂向和横向载荷随时间的变化情况;采用疲劳累计损伤理论,以车轴的应力和载荷谱为输入,基于疲劳寿命专用仿真软件FE-SAFE对车轴进行疲劳寿命分析。结果表明:非动力车轴轮座内侧的过渡圆弧处为最大应力部位和危险部位,最大应力为122.01 MPa,疲劳寿命约为28.6a,均满足车轴静强度和设计寿命的要求。
2017年01期 v.38;No.152 111-116页 [查看摘要][在线阅读][下载 804K] - 张关震;任瑞铭;丛韬;张弘;付秀琴;
对时速250km等级动车组自主化D1车轮进行耐磨性能试验,并与进口ER8车轮的耐磨性能进行对比。首先在实验室内采用Amsler磨损试验机对这2种车轮试样进行磨损试验,测量各试样的磨损失重量。然后将这2种车轮安装在同一动车组上,在太原南至永济北区间往返运行,通过计算车轮踏面廓形实测线与基准线滚动圆中心位置纵坐标的差值,衡量车轮实际的磨损量。结果表明:自主化D1车轮试样的相对耐磨性能约为ER8车轮试样的1.09倍,且其磨损机理主要为疲劳磨损,同时伴有磨粒磨损的特征;随着运行里程的增加,车轮每万km的平均磨损量逐渐减小,当运行里程达到20万km时,自主化D1车轮每万km的平均磨损量为0.041mm,低于ER8车轮,表明自主化车轮的耐磨性能较进口车轮更为优异。
2017年01期 v.38;No.152 117-122页 [查看摘要][在线阅读][下载 3595K] - 张关震;任瑞铭;丛韬;张弘;付秀琴;
对时速250km等级动车组自主化D1车轮进行耐磨性能试验,并与进口ER8车轮的耐磨性能进行对比。首先在实验室内采用Amsler磨损试验机对这2种车轮试样进行磨损试验,测量各试样的磨损失重量。然后将这2种车轮安装在同一动车组上,在太原南至永济北区间往返运行,通过计算车轮踏面廓形实测线与基准线滚动圆中心位置纵坐标的差值,衡量车轮实际的磨损量。结果表明:自主化D1车轮试样的相对耐磨性能约为ER8车轮试样的1.09倍,且其磨损机理主要为疲劳磨损,同时伴有磨粒磨损的特征;随着运行里程的增加,车轮每万km的平均磨损量逐渐减小,当运行里程达到20万km时,自主化D1车轮每万km的平均磨损量为0.041mm,低于ER8车轮,表明自主化车轮的耐磨性能较进口车轮更为优异。
2017年01期 v.38;No.152 117-122页 [查看摘要][在线阅读][下载 3595K] - 杨亮亮;罗世辉;傅茂海;马卫华;冯征;
考虑车辆及其零部件的纵向力传递细节,提出一种新的用于模拟车辆冲击试验的铁路货车纵向连接模型;其中,在钩缓组成子模型中考虑缓冲器各摩擦部件之间的几何和力学关系,在车体与转向架连接子模型中考虑上、下心盘之间的黏着、滑动和碰撞行为,还通过在车体结构虚拟体之间加入虚拟弹簧以模拟车体自身的结构变形。基于所建立的模型,采用MATLAB软件编制车辆纵向冲击动力学计算程序,并以C80型运煤专用敞车为例仿真计算车辆的纵向冲击响应。与现场试验结果对比表明:仿真结果与现场试验结果基本一致,说明提出的货车纵向连接模型贴近车辆的实际运用状态;利用该模型不仅可以研究各车辆之间的纵向振动问题,还可以研究车体与转向架之间的纵向振动和车体结构纵向变形等问题,拓展了列车纵向动力学研究的应用领域。
2017年01期 v.38;No.152 123-131页 [查看摘要][在线阅读][下载 2364K] - 杨亮亮;罗世辉;傅茂海;马卫华;冯征;
考虑车辆及其零部件的纵向力传递细节,提出一种新的用于模拟车辆冲击试验的铁路货车纵向连接模型;其中,在钩缓组成子模型中考虑缓冲器各摩擦部件之间的几何和力学关系,在车体与转向架连接子模型中考虑上、下心盘之间的黏着、滑动和碰撞行为,还通过在车体结构虚拟体之间加入虚拟弹簧以模拟车体自身的结构变形。基于所建立的模型,采用MATLAB软件编制车辆纵向冲击动力学计算程序,并以C80型运煤专用敞车为例仿真计算车辆的纵向冲击响应。与现场试验结果对比表明:仿真结果与现场试验结果基本一致,说明提出的货车纵向连接模型贴近车辆的实际运用状态;利用该模型不仅可以研究各车辆之间的纵向振动问题,还可以研究车体与转向架之间的纵向振动和车体结构纵向变形等问题,拓展了列车纵向动力学研究的应用领域。
2017年01期 v.38;No.152 123-131页 [查看摘要][在线阅读][下载 2364K] - 李得伟;丁世顺;
针对利用周期事件规划问题(PESP)传统模型编制规模较大的高速铁路周期性列车运行图时易出现无解的情况,对PESP传统模型进行改进,将PESP传统模型中的固定列车区间运行时间约束变为可变区间运行时间约束,并将列车运行安全间隔时间约束分解为2个与列车的区间运行时间无关的约束,以扩大模型的解空间,实现对大规模高速铁路周期性列车运行图编制问题的求解。对PESP改进模型进行灵敏度分析发现:PESP改进模型的求解难度随着列车对数的增加而增大;为此在求解过程中引入割平面和适当增加虚拟车站,以提高模型的求解效率。利用改进的PESP模型编制京沪高速铁路的周期性列车运行图,验证了模型的有效性。
2017年01期 v.38;No.152 132-137页 [查看摘要][在线阅读][下载 865K] - 李得伟;丁世顺;
针对利用周期事件规划问题(PESP)传统模型编制规模较大的高速铁路周期性列车运行图时易出现无解的情况,对PESP传统模型进行改进,将PESP传统模型中的固定列车区间运行时间约束变为可变区间运行时间约束,并将列车运行安全间隔时间约束分解为2个与列车的区间运行时间无关的约束,以扩大模型的解空间,实现对大规模高速铁路周期性列车运行图编制问题的求解。对PESP改进模型进行灵敏度分析发现:PESP改进模型的求解难度随着列车对数的增加而增大;为此在求解过程中引入割平面和适当增加虚拟车站,以提高模型的求解效率。利用改进的PESP模型编制京沪高速铁路的周期性列车运行图,验证了模型的有效性。
2017年01期 v.38;No.152 132-137页 [查看摘要][在线阅读][下载 865K] - 郭垂江;
以调机取送作业总时间、总入线车辆小时和总走行车辆公里加权综合值最小为优化目标,以调机的牵引辆数和访问调移作业点先后顺序为约束条件,建立树枝形货物作业点取送车作业方案的多目标优化模型;采用自然数作为解的编码序列,任意构造1个满足调移优先关系的解作为初始解,将调机牵引辆数约束转化为惩罚函数,并与目标函数式累积起来作为解的评价函数,依次运用3种邻域结构操作方法进行随机搜索,利用模拟退火算法对模型进行求解。以某铁路车站取送车作业为例对模型和算法进行验证。结果表明:所建模型符合取送车作业方案的编制要求和作业实际,模型求解算法的效率和结果满足现场需要。
2017年01期 v.38;No.152 138-143页 [查看摘要][在线阅读][下载 310K] - 郭垂江;
以调机取送作业总时间、总入线车辆小时和总走行车辆公里加权综合值最小为优化目标,以调机的牵引辆数和访问调移作业点先后顺序为约束条件,建立树枝形货物作业点取送车作业方案的多目标优化模型;采用自然数作为解的编码序列,任意构造1个满足调移优先关系的解作为初始解,将调机牵引辆数约束转化为惩罚函数,并与目标函数式累积起来作为解的评价函数,依次运用3种邻域结构操作方法进行随机搜索,利用模拟退火算法对模型进行求解。以某铁路车站取送车作业为例对模型和算法进行验证。结果表明:所建模型符合取送车作业方案的编制要求和作业实际,模型求解算法的效率和结果满足现场需要。
2017年01期 v.38;No.152 138-143页 [查看摘要][在线阅读][下载 310K] -
<正>《中国铁道科学》作为中国精品科技期刊、中文核心期刊、中国科技核心期刊和RCCSE中国权威学术期刊,被美国《工程索引》(Ei)、英国《科学文摘》(SA,INSPEC)、俄罗斯《文摘杂志》(AJ)、日本科学技术振兴机构中国文献数据库(JSTChina)、荷兰《斯高帕斯数据库》(Scopus)、美国《剑桥科学文摘:工程技术》、《中国核心期刊(遴选)数据库》、《中国科学引文数据库》、《CNKI中国期刊全文数据库》、《万方数据—数字化期刊群数据库》、《VIP中文科技期刊数据库》
2017年01期 v.38;No.152 144页 [查看摘要][在线阅读][下载 64K] <正>《中国铁道科学》作为中国精品科技期刊、中文核心期刊、中国科技核心期刊和RCCSE中国权威学术期刊,被美国《工程索引》(Ei)、英国《科学文摘》(SA,INSPEC)、俄罗斯《文摘杂志》(AJ)、日本科学技术振兴机构中国文献数据库(JSTChina)、荷兰《斯高帕斯数据库》(Scopus)、美国《剑桥科学文摘:工程技术》、《中国核心期刊(遴选)数据库》、《中国科学引文数据库》、《CNKI中国期刊全文数据库》、《万方数据—数字化期刊群数据库》、《VIP中文科技期刊数据库》
2017年01期 v.38;No.152 144页 [查看摘要][在线阅读][下载 64K]