高速列车高阶车轮多边形磨耗机理的试验研究（英文）

目的:通过试验研究,对高速列车车轮多边形磨耗机理进行初步探究。创新点:以试验方法为基础,跟踪调查车轮多边形磨耗的发展规律,然后分别对轨道系统和车辆系统开展现场试验,对导致车轮发生多边形磨耗的因素进行排查,探明了车轮多边形磨耗的机理。方法:1.进行车轮多边形磨耗跟踪测试;2.进行轨道结构模态特性测试、钢轨波磨测试和轨道振动响应测试;3.进行转向架模态特性仿真研究、悬挂系统隔振特性测试以及车辆振动特性跟踪测试。结论:1.列车运行时,车轮受到周期性激励作用会发生多边形磨耗,且当激励波长整分车轮周长时,多边形磨耗发展迅速;2.作为主要激励源,轮轨接触表面出现的车轮偏心、钢轨表面不平顺、轨下支承不均匀、钢轨接头和道岔等激发了转向架系统在550~600 Hz频段内的模态耦合共振,从而导致了车轮多边形磨耗的产生;3.变速运行可以有效地控制车轮多边形磨耗的产生与发展。     

高速列车车轮多边形对车内噪声的影响

研究目的：研究高速列车车轮多边形特征对轮轨噪声和车内噪声的影响规律,讨论目前国内高速列车车轮镟修指标的不足,为高速列车车轮镟修方法的优化改进提供科学依据。创新要点：系统分析高速列车车轮多边形阶次、幅值和相位等参数对车内噪声的影响规律;提出车轮镟修中仅考虑车轮径跳作为限值是不够的。研究方法：1．基于线路试验,初步分析高速列车车轮多边形状态对车内噪声的影响,进而对车轮多边形特征进行剖析;2．基于带通滤波和快速傅里叶变换,使用MATLAB程序生成不同阶次、幅值和相位的车轮多边形粗糙度数据;3．基于TWINS轮轨噪声原理,使用HWTNS预测含有不同车轮多边形特性的轮轨噪声;4．基于混合有限元-统计能量分析（FE—SEA）方法,建立高速列车客室端部车内噪声预测模型,预测车内噪声;5．通过分析车轮多边形参数、车轮径跳和车内噪声之间的相互关系,研究目前的高速列车车轮镟修指标是否合适。重要结论：1．高速列车车轮径跳值相同,但车轮多边形状态不同时,轮轨噪声与车内噪声有明显差异;2．当车轮多边形幅值相同时,高阶多边形可以引起更高的轮轨噪声和车内噪声;3．改变车轮多边形的相位,可以获得不同的车轮径跳值,但是对轮轨噪声和车内噪声几乎没有影响。     

高速铁路轮径差激励下车轮-道岔动力响应数值研究（英文）

目的:车轮型面磨耗和加工误差导致轮对两侧车轮的轮径不同。本文旨在探讨不同幅值和分布形式的轮径差对道岔区轮轨接触几何、轮轨法向接触性能和车辆通过道岔动力响应的影响规律,提出保证车辆通过道岔时的安全性和舒适性的轮径差限值。创新点:通过数值仿真,分析轮径差对道岔区轮轨接触性能和轮轨动态相互作用的影响。方法:1.基于迹线法,揭示轮径差对道岔区轮轨接触几何的影响。2.通过建立轮轨接触有限元计算模型,探讨轮径差对轮轨法向接触性能的影响。3.通过建立车辆-道岔耦合动力学模型,综合考虑在不同幅值和分布形式的轮径差激励下,车辆通过道岔的轮轨动态相互作用、运行舒适性和磨耗指数评价指标,提出轮径差限值。结论:1.轮径差加剧了道岔区固有结构不平顺。2.轮径差通过改变轮载过渡位置,对尖轨上的轮轨法向接触性能有较大影响。3.可根据轮径差幅值将轮径差对道岔区轮轨动力响应的影响划分为三个区域:轮径差小于1.5 mm时,轮缘与尖轨提前接触使轮轨横向力快速增大;轮径差在1.5~2.5 mm时,等值同相轮径差使车辆通过道岔失稳;轮径差大于2.5 mm时,轮缘与尖轨的持续接触增强了车辆稳定性,但增加了轮轨磨耗。4.建议将轮径差控制在2.5 mm以内,且应控制同相分布轮径差小于2 mm。     

基于轮轨接触关系的列车运行安全预测仿真研究

针对判断列车脱轨问题,本文评述了近些年来国内外的研究进展情况。分析了传统判断脱轨的方法,发现传统利用脱轨系数与轮重减载率的车辆脱轨评价方式都是从轮轨间受力情况方面加以分析,在进行脱轨判定时存在严重的误差与不足。在此基础上提出了一种基于轮轨相对位移的脱轨预测方法。通过在ADAMS/Rail中建立单车模型,对轮轨作用关系和列车安全性分析研究,经过仿真实验提取轮轨接触点、接触角、接触横移量、车轮抬升量、脱轨系数等参数,以脱轨系数为指导,采用了一种改进的BP神经网络,通过轮轨间几何数据,对列车的运行状态进行了预测实验。结果表明,通过轮轨间位置关系所得到的预测结果与车辆动力学安全性指标数据基本一致,确定了轮轨几何关系与列车运行安全之间存在非线性关系。对轮轨间几何位置同车辆运行安全性关系的研究内容进行了补充,并对列车运行安全性评价提供了参考。     

轮对前2阶弯曲模态对动力学行为的影响

研究目的：扩展动力学模型的分析频域,建立能考虑轮对柔性的车辆轨道耦合动力学系统模型,为研究轮轨磨耗的形成和发展以及轮轨噪声的来源提供基础。创新要点：利用欧拉梁横向弯曲模型,建立轮轴在垂直于轨道平面和平行于轨道平面内的弯曲振动模型;建立考虑轮轴弯曲的轮对模型与轮轨接触模块之间的耦合关系,进而研究轮轨接触行为受轮轴弯曲变形的影响。研究方法：1．把轮轴模拟为欧拉梁,左右车轮模拟为固结于轮轴上的质量块;2．假设左右车轮始终垂直于轮轴,引入虚拟的两个半边刚性轮对模型,建立轮轨接触模型和柔性轮对耦合的关系;3．基于多刚体车辆．轨道耦合动力学模型,利用以上柔性轮对模型和此耦合关系,建立考虑轮轴柔性的车辆一轨道耦合动力学模型。重要结论：1．建立的刚柔耦合的车辆．轨道耦合动力学模型能够有效地描述轮轴弯曲对轮轨接触行为的影响;2．在0-150Hz的随机不平顺激励下,多刚体模型和考虑轮对柔性的模型受到的轮轨力和轮轨接触点轨迹不同;这主要是由第1阶弯曲模态被激发导致。     

高速列车时域轮轨噪声预测模型及分析（英文）

目的:建立高速列车时域轮轨噪声预测模型,考虑轮对柔性对轮轨噪声的影响,预测高速列车轮轨噪声的时域特性和频域特性,为高速轮轨时域噪声预测的学术研究和工程应用提供重要参考。创新点:基于考虑轮对柔性的刚柔耦合车辆-轨道耦合动力学以及混合有限元-边界元方法,建立高速轮轨噪声时域模型。其中将柔性轮对的时域建模与轮轨噪声预测相结合是本文主要创新点。方法:1.通过考虑柔性轮对的车辆-轨道刚柔耦合动力学模型(图1)获得轮轨力,然后基于时域有限元-边界元方法(图3),计算轮轨振动与噪声的时域结果,进而通过傅里叶变换得到频域结果。结论:1.考虑轮对柔性与否,对低频轮轨力的影响较小。其主要差别体现在中高频范围,具体表现为:考虑轮对柔性后,当粗糙度波长与轮对固有频率重合时,轮轨力会降低;当粗糙度波长与轮对反共振峰重合时,轮轨力会提高;此外,因为考虑了轮对柔性以及接触的非线性,高频轮轨力的波动比考虑刚性轮对的轮轨力更为明显。2.在500 Hz以下,考虑柔性轮对和刚性轮对得到的轮对振动和噪声差别不大,而在500 Hz以上的中高频范围内,振动噪声会出现更多的峰值和谷值;在中高频范围内,使用刚性轮对会低估轮轨噪声的水平。3.轮轨噪声在总体趋势上随着波磨波长的增加而降低;在某些敏感波长对应的频率处,轮对或轨道的模态会被激发,使得轮轨噪声出现局部峰值。     

等值同向轮径差对地铁车辆曲线通过能力的影响

针对地铁车轮在运行过程中出现等值同向轮径差的问题,建立车辆系统动力学模型,计算分析等值同向轮径差对地铁车辆曲线通过能力的影响。结果表明:当同一车厢前、后转向架同时存在等值同向轮径差时,外侧车轮通过曲线线路的动力学响应更强烈。当外侧车轮直径大于内侧车轮直径时,有利于地铁车辆通过小半径曲线;反之,会加剧轮轨之间的作用力,增加地铁车辆脱轨的风险。当曲线半径为300 m、轮径差为1.0 mm时,外侧车轮的脱轨系数超过安全限值,轮重减载率接近安全限值,因此将脱轨系数和轮重减载率作为判断该工况安全限值的指标;同时,为保证车辆安全运行,半径为300 m的曲线线路的运行速度应控制在65 km/h以下或将0.5 mm作为车轮镟修指标。     

基于小波变换的高速磁浮导轨模型更新方法（英文）

以高速磁浮交通导轨结构为研究对象,针对高速磁浮导轨结构模型与实测结构模态参数不一致的情况,依托600 km时速高速磁浮车辆及高速磁浮试验线,对12.384 m长的混凝土导轨直道段进行测点布置和振动加速度数据采集.在响应信号中利用小波变换识别导轨结构模态参数,并采用最大坡度法提取小波脊线,分析高速磁浮导轨结构与时速600 km/h磁悬浮车辆相互作用振动特性的频率参数和振动模态.建立导轨结构模型来更新目标函数,采用反复迭代法更新和修正初始导轨模型,获得与实际结构相符合的高速磁浮导轨模型结构.结合18自由度的高速磁浮列车车轨耦合动力学模型,验证了更新后导轨模型在动力响应计算方面的精确性.研究结果表明,基于小波变换与最大坡度法的模型更新方法具有识别速度快、精度高的特点,可有效获得符合实测结构模型参数的精确导轨模型,确保车轨耦合动力分析计算的正确性,该方法同样适用于高速磁浮列车其他结构的模型更新.     

量化铁路车辆机械故障对轨道退化的影响（英文）

目的:了解和量化铁路车辆机械故障对铁路基础设施退化的影响有利于提高列车安全性,合理制定维护策略,以及优化轨道收费模型。本研究为欧洲Shift2Rail-Assets4rail项目的一部分(报告以非公开的形式被递交),旨在量化铁路车辆机械故障对轨道退化的影响,为调整现有的轨道收费模型提供合理的建议。创新点:1.分析一个常见的铁路车辆机械故障(擦伤)对四个用于轨道收费模型的量化指标的影响;2.引入金代理模型方法以减少仿真次数。方法:1.建立一个带有擦伤的机车多体动力学模型,并考虑车轮和轨道的柔性;2.引入金代理模型以量化车辆速度和擦伤尺寸对四种损坏机制(轨道沉降、轨道构件疲劳、钢轨磨耗和钢轨滚动接触疲劳)的影响。结论:1.轨道沉降、轨道构件疲劳和钢轨磨耗随着擦伤尺寸和车速的增加而急剧增加,并且这种增加趋势随着擦伤尺寸和车速的增加而变得更加尖锐。2.在低速时,滚动接触疲劳随着擦伤尺寸的增加而逐渐增加;在高速时,它首先急剧增加,然后逐渐减小。3.擦伤对轨道构件疲劳和钢轨磨耗的影响最为显著,其次是轨道沉降和滚动接触疲劳。     

一种高速列车-轨道三维空间耦合动力学模型

研究目的：基于车辆-轨道耦合动力学理论分析方法,建立一种高速列车-轨道三维耦合动力学模型,并明确列车-轨道耦合模型与单节车辆-轨道耦合模型在高速列车-车九道耦合动力学性能分析中的差异。创新要点：建立一种高速列车-轨道三维耦合动力学模型,模型中考虑列车的纵向动力学行为以及车间连接装置对列车中不同车辆动态响应的影响,并基本明确完善的列车-轨道耦合模型在高速列车-轨道耦合动力学性能分析中的重要性。重要结论：单节车辆-轨道耦合模型会过高地估计高速列车在运营过程中的振动响应和动力学性能指标,而完善的列车-轨道耦合动力学模型的计算结果则更加接近实际情况。     

灰色预测模型的研究及应用

在介绍灰色系统理论的基础上,讨论了灰色预测原理,以中国总人口为例,进行了灰色预测模型的建立和求解,提出了中国人口动态模型;以城市的年供电量为例,利用历史数据,并对电力系统各年的日最大负荷的预测建立了基于残差修正的灰色预测模型.该预测模型是一种基于残差CM预测法的改进灰色模型进行优化的组合方法,能够实现在线预测模型参数,最终的预测结果误差可基本控制在3%之内.经过实例计算,基于残差修正的灰色预测模型在对电力系统的日最大负荷进行预测时,与传统的系统理论方法相比较,该方法计算简捷,具有较高的预测精度,具有很好的实用性.     

钢轨波磨处高速轮轨滚动接触行为与波磨发展的模拟研究

研究目的：为求解钢轨（短波）波磨处的高速轮轨瞬态滚动接触建立有限元模型,研究影响高速钢轨波磨发展的重要因素。削新要点：1．求解不同牵引条件下轮轨间的瞬态法和切向滚动接触问题,并考虑真实轮轨几何和钢轨波磨,最高模拟速度达500km／h;2．基于模拟结果,解释了中国高速线路上发现的钢轨波磨很快稳定下来的现象。研究方法：1．详细分析钢轨波磨处高速轮轨瞬态滚动接触的法、切向解以及由此导致的V-M等效应力和摩擦功沿轨面的波动;2．变化波磨波长、波深及重要滚动参数如速度和牵引系数等,研究它们对波磨处滚动接触行为的影响;3．对比上述有限元模型与传统多体动力模型在波磨处的法向轮轨力结果。重要结论：1．法、切向轮轨力及法、切向接触应力均随着波磨几何呈周期性波动,但相位略有差异,V-M等效应力和摩擦功的波动形式接近切向接触应力;2．牵引系数越大,波磨处V-M等效应力和摩擦功的波动范围越大;3．名义参数下,对于所研究高铁系统,波长为80mm左右、速度为250-300km／h时波磨的动态响应最大,这与现场观测相符;4．传统多体动力模型会高估钢轨波磨激励的法向轮轨力;5．钢轨波磨会逐渐稳定下来,通过速度越高进入稳定越快。     

基于最优组合模型预测锚杆极限抗拔承载力的方法（英文）

针对改进指-幂混合模型和不等间距灰色GM(1,1)模型对锚杆极限抗拔承载力预测精度较差的问题,基于最优加权组合建模理论,以组合模型的最小对数误差平方和为目标函数求解最优加权系数,推导出最优加权几何平均组合预测模型,以提高锚杆极限抗拔承载力预测精度的置信度.选取2个典型锚杆拉拔工程实例(锚杆P-s曲线分别为缓变型和陡变型)用以验证各预测模型的精度和可靠度.计算结果表明:该组合预测模型不仅适合缓变型曲线,而且也适合陡变型曲线,其精度和可靠性均优于其他预测模型,预测精度等级划分为优秀,可作为锚杆抗拔承载力实测资料的一种有效分析模型.     

现代文阅读训练(三)(四)

2002年12月31日冠名为“VIP运行”的上海磁悬浮线首次试运行获得圆满成功。磁悬浮列车是在传统列车基础上发展起来的,但其构思颇为巧妙。传统列车的车轮要在钢轨上转动,是有机械接触的,而磁悬浮列车则是在钢轨上悬浮起来,有着一定的间隙,并没有机械接触,这就大大减少了运行阻力,从而可以大大提高运行速度。磁悬浮列车的基本原理是利用电磁吸力或电动斥力让列车悬于钢轨之上并进行导向,以实现列车与钢轨的无机械接触运行,从根本上克服了传统列车轮轨摩擦力限制、机械噪音等问题。磁悬浮列车基本上可分两大类:常导磁悬浮和超导磁悬浮列车。…     

基于数值算法的车辆动力学模型及数值求解方法精度的对比研究(英文)

目的:通过采用不同数值方法求解不同的车辆动力学模型,为车辆动力学模型研究提供参考;结合正交试验和多目标优化算法来分析各个参数对车辆性能的影响权重,采用多目标优化算法进行车辆动力学多目标优化分析,为车辆的设计提供参考依据。创新点:研究不同数值方法的求解精度,为车辆动力学求解方法提供新途径;采用正交试验设计研究车辆各参数的影响权重,为车辆设计提供参考;采用多目标优化算法设计车辆,能兼顾车辆多个方面的性能。方法:采用不同动力学求解算法、正交试验设计和多目标优化分析方法。结论:1.基于不同数值求解算法的研究表明,Hamming法要优于Newmark法和有限差分法,四阶Hamming法的精度不如龙格库塔法;2.正交试验可得到各参数对车辆动力学的影响权重,但忽略了参数间的交互效应;3.经过多目标优化设计,衡量车辆振动性能的两个指标分别减少了7.22%和6.82%。     

基于LSTM深度神经网络的智能网联汽车轨迹预测

基于LSTM深度神经网络,通过实测数据分析验证了所提方法的鲁棒性和稳定性.具体选取了车辆减速测试、振荡测试、高速测试和低速测试四种实测场景,结果均显示本文所采用的轨迹预测方法可在多种复杂场景下满足工程预测的精度需求.研究结果可对智能网联汽车的车辆控制、轨迹优化以及交通管控提供理论指导.     

停车场有效泊位占有率变化特性及其短时预测模型

在某停车场泊位变化实测数据分析的基础上,建立了一个停车场有效泊位占有率短时预测模型.南京某停车场实测泊位数据分析表明,在不同的观测尺度上,停车场有效泊位占有率具有很强的周期性和相似性,但观测尺度越小,随机性越强.基于有效泊位占有率的这种短时变化特性,提出采用小波分析和加权马尔可夫组合模型对有效泊位占有率进行短时预测.首先,通过选择合适的小波函数对有效泊位占有率时间序列进行多分辨率的小波分解,并对低频信号与高频干扰信号分别进行重构,然后对重构后的基本信号和不同分辨率的干扰信号分别建立加权马尔可夫预测模型,最后对各自外推的预测结果进行合成,得到最终预测结果.实例分析表明,所提出的预测模型对有效泊位占有率的短时预测结果是有效的,但模型的预测精度依赖于有效泊位占有率数据库的实时更新.     

基于滑模变结构控制法的半挂汽车列车高速行驶稳定性研究

随着我国物流业的蓬勃发展,半挂汽车列车成为公路运输中重要的载运工具.文章以半挂汽车列车为研究对象,建立基于滑模变结构控制下差动制动的Simulink控制模型,利用Trucksim软件和MATLAB/Simulink软件进行联合仿真,利用方向盘正弦角输入模拟高速摆振的行驶工况,对比控制前、后车辆的行驶姿态.仿真结果表明:所设计的滑模变结构控制器,能有效的减小车辆在高速行驶中,由于摆振产生的横摆角速度,从而有效的抑制高速摆振,提高半挂汽车列车的操纵稳定性.     

季冻区路基冻胀与无砟轨道变形的映射关系及车辆动力响应（英文）

目的：季冻区路基冻胀对高速列车运行的安全性和舒适性以及轨道结构的服役性能具有较大影响。基于实测数据,本文旨在建立轨道-路基冻胀空间耦合静力学模型和车辆-轨道-路基冻胀空间耦合动力学模型,并采用傅里叶级数进行冻胀波形拟合,进一步探究季冻区高速铁路路基冻胀与轨道结构变形映射关系、层间离缝特征及路基冻胀对车辆动力响应的影响,以期为季节性冻土路基冻胀问题的防治及研究提供依据。创新点：1.采用傅立叶级数对实测数据进行拟合,并将其作为有限元模型的输入边界条件;2.提出将静力模型的计算结果作为动力模型初始条件的计算方法,简化计算过程,提高计算效率;3.从时域和频域探讨路基冻胀波长和幅值对车体振动加速度和轮轨力的影响。方法：1.采用傅立叶级数对现场实测数据进行拟合,并将其作为有限元模型的输入边界条件（公式(4)）;2.通过建立路基冻胀-无砟轨道结构静力与动力模型,分析轨道结构层变形映射关系及车辆动力响应。结论：1.冻胀位置对轨道垂向上拱变形及层间离缝影响较大;2.轨道结构各层最大垂向变形随冻胀幅值的增大而增大,且几乎呈线性变化;3.路基冻胀波长越大,对车体垂直加速度的影响越小;4.当冻胀波长一定时,车...     

高速列车头部外形多目标气动优化设计（英文）

目的:为改善高速列车明线运行时的气动性能,提出一种基于近似模型的高速列车头部外形多目标气动优化设计方法。创新点:1.建立包含转向架区域的高速列车参数化模型;2.基于近似模型并结合遗传算法,对高速列车头部外形及转向架区域进行多目标气动优化设计。方法:1.建立包含转向架区域的原始头型高速列车模型(图2和3),并基于CATIA脚本文件和MATLAB自编程序对列车头部外形进行参数化处理;2.通过最优拉丁超立方设计方法在设计空间内对优化设计变量进行采样,并采用计算流体动力学方法对样本点中新头型列车气动性能进行计算;3.基于样本点的列车头型优化设计变量及优化目标(表4),建立优化目标与设计变量之间的近似模型;4.基于近似模型和多目标遗传算法,对高速列车头部外形进行多目标优化设计,选取其中的一个优化头型与原始头型进行比较,并验证横风下优化头型的可行性。结论:1.相较于原始头型列车,无横风时,优化头型列车的整车气动阻力减小2.61%,尾车气动升力减小9.90%;2.横风下,优化头型列车的整车气动阻力减小2.98%,头车气动侧力减小0.24%;3.横风下,优化头型列车的头车气动载荷波动幅值有所减小。