• 2024年第0卷第5期文章目次
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    • 考虑不同损伤模型的转向架构架疲劳寿命研究

      2024, 41(5):1-9. CSTR:

      摘要 (37) HTML (0) PDF 3.25 M (112) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的】为了更好地分析动车组转向架构架的疲劳寿命。【方法】对某型转向架构架的疲劳关注测点进行了动应力实测, 并对其数据进行后处理,通过雨流计数法和波动中心法进行了一维应力谱的编制;通过Miner线性累积损伤模型、一种考虑载荷相互作用及其固有属性损伤的非线性累积损伤模型和Cotern-Dolan非线性累积损伤模型分别对其进行分析计算,推断其疲劳寿命并进行三方对比。【结果】考虑固有损伤的非线性模型分析结果与线性模型计算结果差别微小。【结论】固有属性损伤的非线性属性不明显,Cotern-Dolan非线性累积损伤模型的寿命分析结果与前两种相比整体偏小,但趋势相同,表明其用于疲劳寿命评估更偏保守。

    • 基于Optistruct的某皮卡汽车后桥壳轻量化优化研究

      2024, 41(5):10-17. CSTR:

      摘要 (41) HTML (0) PDF 31.95 M (75) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的】为研究某新款皮卡汽车后桥壳的静态特性及轻量化优化问题,【方法】采用有限元平台仿真与台架试验结合的研究方法。首先,在Hypermesh软件建立具有高计算精度的有限元模型;其次,使用ABAQUS仿真平台分析了桥壳在满载工况下的应力及位移,确定了危险截面位置;随后,通过Optistruct优化模块对桥壳和钢板板簧座等零部件进行了尺寸优化;最后,通过垂直弯曲静刚强度台架试验验证了轻量化优化的可靠性。【结果】有限元分析结果表明,桥壳的危险截面位于钢板板簧座与桥壳连接处,最大应力和变形量分别为307.20MPa和1.440mm。Optistruct尺寸优化后的桥壳重量由59.07kg降低至52.55kg,减重率11.04%。应力上升至310.10MPa,但仍小于桥壳材料45钢的屈服强度355.00MPa,变形量小于标准1.400mm。台架试验结果表明,桥壳通过垂直弯曲静刚强度试验,符合汽车驱动桥台架试验标准。【结论】所建立的有限元模型具有较高的准确性,仿真结果与台架试验结果高度接近。经Optistruct优化后的桥壳具有良好的力学行为表现,该模块在桥壳轻量化优化方面具有较高的可靠性。

    • 液压机械臂的接触作业控制方法进展

      2024, 41(5):18-28. CSTR:

      摘要 (39) HTML (0) PDF 1.66 M (123) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的】液压机械臂具备负载能力强、响应速度快、无极调速范围大、受辐射电磁干扰小等特点,被广泛应用于隧道掘进装备、桥梁建设装备等交通基础设施建设领域。文章旨在总结液压机械臂的接触作业控制方法,介绍力与位置精确协调控制方法,最后对其未来的研究方向提出展望。【方法】在实际工程应用中,液压机械臂常常要与外界环境进行接触,而其接触作业控制涉及与位置的精确协调控制,而力与位置的精确控制需要精准的动力学模型和末端力的精准估计。【结果】国内外学者针对力与位置精确协调控制进行深入研究,在实现液压机械臂稳定、准确、安全接触作业取得了一些重要的研究成果。【结论】针对这些成果,阐述了液压机械臂在动力学建模、动力学参数辨识、末端接触力估计方法和柔顺控制等方面的研究内容,并且对下一步的研究提出了建议和展望。

    • 基于谱元法和北方苍鹰算法的振动损伤检测

      2024, 41(5):29-38. CSTR:

      摘要 (29) HTML (0) PDF 2.38 M (83) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的】为了解决结构损伤检测中有限元法建模不精确和计算成本高的问题,提出了一种结合谱元法与北方苍鹰优化算法(NGO)的结构健康监测(SHM)技术。【方法】首先,采用谱元法建立结构的频响函数,并应用于结构的损伤定位与损伤检测目标函数的构造,将损伤检测划分为两阶段问题,以降低算法优化维度和检测复杂性。其次,引入北方苍鹰优化算法 (NGO),对目标函数进行优化求解。最后,以平面桁架结构和ASCEBenchmark结构为研究对象,利用NGO、粒子群优化 (PSO)和蚁狮优化(ALO)算法对其各种损伤工况进行损伤检测性能对比。【结果】结果表明,在低维度和简单结构中,NGO, PSO和ALO算法均表现出良好的求解能力;但在高维度和大型复杂结构中,NGO相较于PSO和ALO算法具有更高的损伤检测能力和鲁棒性。【结论】改进后的方法提高了损伤检测数值建模的精度。

    • 基于公路与城市桥梁抗震设计规范反应谱的全非平稳地震动过程模拟

      2024, 41(5):39-47. CSTR:

      摘要 (32) HTML (0) PDF 1.07 M (82) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的】生成拟合公路与城市桥梁抗震设计规范反应谱的全非平稳地震动过程代表性时程集合。【方法】首先,结合非平稳地震动过程的强度-频率调制函数和平稳地震动过程的Clough-Penzien功率谱模型,建立全非平稳地震动过程的演变功率谱模型;其次,依据相关规范确定演变功率谱模型参数取值;然后,根据全非平稳地震动过程模拟的谱表示方法,编写MAT LAB程序,生成全非平稳地震动过程代表性时程集合,计算其均值反应谱和规范反应谱拟合误差,并进行迭代修正。【结果】依据公路与城市桥梁抗震设计规范给出了不同场地类别和设计地震分组的演变功率谱模型参数取值;生成的代表性时程集合具有全非平稳地震动的典型特征,其均值反应谱和规范反应谱整体拟合程度较好,平均相对误差均在5%以内。【结论】基于演变功率谱模型,通过编写全非平稳地震动过程模拟谱表示方法的MATLAB程序,可生成满足公路与城市桥梁抗震设计规范要求的全非平稳地震动过程代表性时程集合,其均值反应谱与规范反应谱拟合一致,验证了所给方法和MATLAB程序的有效性,可为桥梁结构抗震性能评估提供可靠的地震动输入。

    • 基于自适应阶次边界元法的列车车轮声辐射高效计算

      2024, 41(5):48-55. CSTR:

      摘要 (22) HTML (0) PDF 2.83 M (90) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的】车轮是产生轮轨滚动噪声的主要噪声源之一,对其声辐射特性的数值仿真涉及大规模声学计算。【方法】为提高车轮声辐射的计算效率,引入了自适应阶次边界元法。通过有限元法和边界元法相结合,以自由场中的车轮声辐射为研究对象,采用自适应阶次边界元法计算了车轮振动辐射声功率、标准测量点的声压以及车轮声辐射指向性,并与传统边界元法和快速多极子边界元法的计算结果及计算时间进行了对比。【结果】不同边界元法得到的声辐射结果基本一致,而自适应阶次边界元法的计算速度约为传统边界元法的36倍、快速多极子边界元法的11倍。【结论】自适应阶次边界元法计算效率远高于其他边界元方法,在对车轮高频声辐射的研究中具有显著优势以及良好的适用性。研究结果可为大规模声学计算提供参考。

    • 基于BIM技术的轨道工务运维智慧信息平台研发

      2024, 41(5):56-64. CSTR:

      摘要 (33) HTML (0) PDF 16.48 M (66) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的】为推动轨道工务运维信息化、智慧化,提高检修效率,【方法】基于Revit二次开发和Unity3D平台,研发了铁路轨道工务运维智慧信息平台。平台采用数据层、应用层和界面层三层构架,集成了人机交互、运维信息管理和技术信息查阅三大模块,可实现AR扫描、BIM模型漫游展示、复杂设施拆装作业动画模拟、轨道几何形位波形图绘制、TQI值计算、检修记录查阅、技术规章和CAD图纸查询等功能,具有实用性高、便携性好、可操作性强的特点。【结果】经工务现场应用测试,平台性能良好,各功能均稳定运行,达到了研发预期目的。【结论】平台的构建和研发为推动铁路轨道工务运维信息化、智慧化提供了一种新思路。

    • 道路交通事故严重程度预测及致因分析

      2024, 41(5):65-73. CSTR:

      摘要 (63) HTML (0) PDF 2.66 M (248) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的】为提高交通事故严重程度预测的准确性,明晰事故严重程度的关键影响因素。【方法】从885起道路交通事故案例数据中选取影响交通事故严重程度的人、车、路、环境四方面共14个因素,采用融合通道注意力的卷积神经网络(CA-CNN)构建事故分类预测模型。在此基础上,采用边际效用方法分析得出交通事故严重程度的显著影响因素。【结果】结果表明,相较于卷积神经网络(CNN)、随机森林(RF)、朴素贝叶斯(NaiveBayes)、回归分析(Logistics)、决策表(Decision_table)、引导聚集算法(Bagging)6种预测模型,CA-CNN 模型在准确率、查准率、召回率等指标评价下,整体预测性能更优;在交通事故严重程度的影响因素中,季节、是否工作日、道路类型、事故形态、是否违法变更车道、未按规定让行及制动不当7个因素具有显著性(p≤0.05)。【结论】CA-CNN是一种有效的交通事故严重程度预测模型,其分析结果有助于降低交通事故发生率和严重程度。

    • 低气压低氧环境流注放电机理研究

      2024, 41(5):74-83. CSTR:

      摘要 (31) HTML (0) PDF 13.94 M (58) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的】针对高海拔低气压低氧环境下电气设备空气间隙绝缘性能显著下降问题,对不同气压和氧含量下的流注传播特性展开研究。【方法】将流体模型与等离子体化学反应相结合,搭建了棒-板电极结构、高海拔低气压低氧空气流注放电仿真模型,分别对不同气压和氧含量下的空气流注传播过程进行仿真,分析气压和氧含量对流注传播速度、电子密度、流注通道半径、电场强度分布变化的影响。【结果】结果表明随着气压降低,流注传播速度不断加快,流注头部及通道电子密度和电场强度呈下降趋势,流注通道半径整体上有所增大;随着氧含量的降低,流注传播速度显著减小,电子密度不断增大,电场强度整体上增大,流注通道半径减小。【结论】气压和氧含量因素均对流注放电特性和等离子体反应机理产生重要影响,在实际工程设计中应予以综合考虑。

    • 牵引传动系统对地铁车辆车内噪声影响研究

      2024, 41(5):84-93. CSTR:

      摘要 (20) HTML (0) PDF 4.53 M (93) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的】针对某地铁车辆运行时动车(M车)与拖车(T车)车内噪声差异异常显著的问题,结合数值模拟与实车测试分析动车牵引传动系统对车内噪声的影响。【方法】首先基于振动噪声测试结果,分析动车与拖车的车体内外振动噪声频谱响应及传递特性,然后结合统计能量法(SEA)与有限元法(FEA),建立全频车内噪声仿真模型进行数值模拟,仿真分析得出车内高频空气声与低频结构声分布规律,通过计算将结构声与空气声叠加,得到全频段噪声分布特性并与线路实测数据进行对比。 【结果】研究结果表明:动车车内噪声在150~400 Hz频段存在显著峰值,与车内地板结构振动峰值吻合,车内低频结构声模型仿真结果与实测结果吻合。【结论】车内高频噪声主要来自轮轨滚动噪声及牵引系统声源的空气声传播路径,而动车车内噪声峰值是由于包括电机、齿轮箱在内的牵引传动系统结构振动经构架与二系悬挂元件传递至车体结构,引起较高的低频结构噪声。基于此可为降低牵引传动系统对城轨列车的动车车内噪声影响提供依据。

    • 重载列车运行过程的建模与RBFNN滑模控制

      2024, 41(5):94-104. CSTR:

      摘要 (24) HTML (0) PDF 2.03 M (100) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的】为解决重载列车在复杂线路条件下难以实现高精度轨迹跟踪控制的问题,提出了一种重载列车多质点模型和径向基函数神经网络滑模控制(RBFNNSMC)方法。【方法】首先,考虑空气制动和钩缓装置约束,建立重载列车多质点模型,并对人为测量误差和车辆参数差异等导致的模型不确定性问题,利用RBFNN对其进行估计。其次,设计一种非线性干扰观测器(NDO)对列车运行中受强风、雨雪等外界快时变干扰进行实时估计。然后,设计Lyapunov函数对整个系统进行稳定性证明。【结果】基于大秦线的实际线路数据,进行RBFNNSMC方法、PID方法和SMC方法的速度跟踪对比实验。仿真结果表明, RBFNNSMC方法的速度误差在±0.15 km/h以内,优于其他两种方法。加入NDO后,RBFNNSMC方法的抗干扰能力也更强。 【结论】基于NDO的RBFNNSMC方法的跟踪精度相较于SMC方法在无干扰和受干扰情况下分别提升27.3 %和28.9 %,鲁棒性有所提升。

    • 基于稀疏矢量声阵列的噪声源识别方法研究

      2024, 41(5):105-114. CSTR:

      摘要 (22) HTML (0) PDF 10.64 M (61) 评论 (0) 收藏

      摘要:目的】为了提高质点振速的重建精度,保证声源识别的准确性,【方法】采用质点振速测量替代传统的声压测量,然后将矢量传感器与稀疏采样及稀疏正则化相结合,建立一个基于稀疏矢量声阵列的压缩等效源-近场声全息技术模型(CESM-v), 并开展数值仿真和实验研究。通过质点振速重建、等效源源强重建、误差计算等多角度分析,将文章提出的CESM-v模型与传统的等效源-近场声全息技术(ESM)模型和现有的CESM-p模型进行对比。【结果】CESM-v模型总是优于另外两个模型,在稀疏采样条件下可获得媲美传统ESM充足采样条件下的质点振速重建效果,且比CESM-p模型具有更高更稳定的质点振速重建精度。仿真和实验结果均表明,CESM-v模型具有更好的稳定性和可靠性,在少量采样点条件下依然可获得较好的质点振速重建结果,从而保证声源识别的准确性。【结论】凭借优越的声场重构稳健性,CESM-v模型可推广至轨道交通等实际工程中,应用于噪声源识别及故障诊断。

    • 格构式混凝土墙体结构性能研究进展

      2024, 41(5):115-126. CSTR:

      摘要 (28) HTML (0) PDF 17.10 M (60) 评论 (0) 收藏

      摘要:为解决建筑高耗能、高污染等问题,国家正在积极推动绿色、节能、环保墙体结构的发展。格构式混凝土墙结构体系作为一种新型墙体结构,具备保温节能、隔声耐火、轻质承重、施工便捷和环保等多项优势,近年来成为研究和应用的热点。简要介绍了格构式混凝土墙体结构,归纳总结了格构式混凝土墙体的轴压、抗酸侵蚀、热工、隔声、耐候、抗震等性能,提出现阶段格构式混凝土墙体研究中的问题和不足。诸多研究表明:格构式混凝土墙体结构的发展,是建筑材料循环利用和建筑垃圾资源化的重大需求,可用于建筑结构抗震设计;未来可从新型材料、整体结构防火、复杂环境下冻融等方面提升其物理性能, 结合减震技术开展可恢复功能性、高层应用方面的研究,进一步提高其抗震性能,为格构式混凝土墙体及其结构的广泛应用提供重要的科学依据和技术保障。

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