摘要:针对盾构机刀盘角焊缝质量检测中传统超声检测效率偏低、声束覆盖范围不足等问题,提出基于超声相控阵的快速成像检测方法。采用有限元软件进行数值模拟,设计了声束覆盖角焊缝的扫查方式。仿真结果表明:当采用1 MHz中心频率、0.5 mm阵元间距的楔块斜探头时,可实现45°~70°的有效声束偏转,对角焊缝出现的裂纹情况进行有效检测。在此基础上,引入相干因子(CF)对传统全聚焦成像结果进行像素级加权处理,有效抑制虚影与噪声干扰,提升缺陷图像的对比度与边界清晰度。所提方法面向盾构刀盘角焊缝区域的大壁厚结构特征进行建模与成像分析,研究成果为后续专用超声相控阵传感器的设计以及检测实验提供理论依据。

摘要:为了研究不利结构面对深埋隧道围岩稳定性的影响,采用空间离散技术构建隧道拱顶与拱肩处存在不利结构面的隧道围岩塌落破坏机制。基于Hoek-Brown破坏准则与极限分析上限定理推导出考虑不利结构面影响的围岩安全系数目标函数,通过优化计算得到极限状态下的围岩安全系数上限解与塌落面形状。依托肇庆虎山隧道工程,构建隧道拱肩处存在不利结构面的数值模型,获得施工扰动诱发隧道围岩安全系数和塌落面数值解并将其与文章理论解进行对比,验证理论计算结果的有效性。参数分析表明:顶部与拱肩存在不利结构面的围岩安全系数随地质强度指标GSI和岩石材料常数m的增大而增大。围岩坍塌范围随着GSI的增大而增大,随着m的增大而减小。

摘要:针对确定对称载荷条件下拓扑优化获得的无支撑结构不能满足实际工程需求的问题,将载荷方向的不确定性纳入结构的优化设计中,分析其对规避无支撑结构的影响。使用区间变量表征载荷方向上的不确定性,利用泰勒公式求解最敏感加载条件下的灵敏度,使用SIMP模型以及MMA算法对连续体结构进行稳健性拓扑优化。优化结果表明:考虑载荷方向不确定性的结构优化可有效规避无支撑结构;不确定对称载荷条件下,结构柔度随扰动范围增大而呈上升趋势,结构呈对称性;不确定非对称载荷条件下,非对称载荷对结构柔度影响显著,结构非对称特性随扰动范围差异的增加趋于明显。

摘要:城市轨道交通轨面短波不平顺现场实测数据常常表现出非平稳性,文章利用具有多分辨率和自适应性的小波法针对非平稳轨面短波不平顺的局部特征、病害识别、轨道不平顺功率谱等方面展开研究。选取Daubechies10作为小波基函数,对轨面短波不平顺波形特征进行识别;利用Daubechies10小波对信号进行10层小波分解,将分解后的细节信号和逼近信号进行功率谱分析,得到不同波形对功率谱的贡献情况;计算了高架线路和地下线路两种轨道型式的直线段和曲线段轨道接头区轨面短波不平顺小波功率谱。研究表明:利用小波基函数可识别轨道短波不平顺波形局部特征;由小波分解的逼近信号和细节信号可识别出轨道在20.298 m和115.980 m波长处存在较大不平顺;将小波分解得到的逼近信号和细节信号进行功率谱分析,对不同波长范围内特征不平顺的识别,可以得到不同波形对功率谱的贡献情况。小波分析法可对轨面短波不平顺现场实测数据中不满足平稳性要求的数据进行处理分析,为全面分析城市轨道交通轨面短波不平顺特征提供了较好的方法。

摘要:在轨道交通牵引系统中,四象限脉冲整流器运行时,会在直流母线电压中引入二倍频脉动。该脉动电压与逆变器的基频电压相互作用,导致电机定子电压和电流出现拍频现象;当电机运行频率接近二倍电网频率时,拍频现象尤为显著。文章详细阐述了拍频现象的产生原因,分析了电机定子电流中各谐波分量的旋转方向和频率。针对拍频问题,提出了一种拍频旋转坐标系,用于提取引发拍频现象的谐波电流,在拍频坐标系中将其转换为直流量,并通过比例积分控制器生成拍频抑制补偿电压。在MATLAB/Simulink中搭建电机仿真模型,在3种不同的电机工况下开展仿真验证。仿真结果表明,文章所提方法在电机频率接近二倍电网频率的宽频率范围内均可有效抑制拍频现象。

摘要:针对城市环境下的物流配送中心选址问题,兼顾城市动态发展情景和无人机(UAV)自身特性是提升选址方案科学性和实用性的关键。首先,根据城市发展情况设置自然生成、环形扩散和定向开发3种不同的动态需求情景,构建以选址成本和运行成本总和最小为优化目标的全覆盖选址模型。然后,为提高模型求解精度,利用栅格法对传统K-means聚类算法进行改进。最后,通过数值仿真验证了模型与算法的可行性和有效性。结果表明:改进的K-means聚类算法聚类效果更好;采用动态策略的配送中心总成本低于静态策略;除极其特殊的情景(如新建成本异常高或新增需求完全集中于某一时段)外,动态策略均为更优选择。

摘要:针对全并联AT牵引网中故障点入射波、反射波以及自耦变压器(AT)反射波等不同成分的行波难以识别,导致故障定位困难的问题,文章提出一种基于自适应投影固有变换多元经验模态分解(APIT-MEMD)的波形相似度行波故障定位方法。该方法采用APIT-MEMD算法对上下行多导线故障信号进行自适应投影固有变换多元经验模态分解,以提取表征故障行波不同成分的暂态高频特征。通过构建不同成分行波模态分量的互相关系数矩阵,识别不同路径的行波,并计算相应的互相关函数最大时延,从而实现牵引网行波故障定位。实验结果表明,基于时频模态特征提取的方法故障定位误差在102 m以内,平均绝对误差为49 m;与采用不同投影参数的多元经验模态分解(MEMD)算法结果相比,该方法可有效提升故障定位精度。

摘要:为了研究Q420qENH焊接接头腐蚀后的疲劳性能,利用试验和数值模拟的方法,对Q420qENH焊接接头试件进行电解加速腐蚀后的疲劳试验,建立了热-力耦合有限元模型模拟焊接过程。基于外加残余应力场及应力集中系数,借助ABAQUS和FE-SAFE软件对焊接接头腐蚀后的疲劳寿命进行预测。结果表明:试件均在焊趾中部蚀坑处发生断裂;残余应力呈拉应力状态;随着疲劳应力幅和腐蚀时间的增加,腐蚀后试件的疲劳寿命显著下降,试验与模拟结果的相对误差均在15%以内。对试验与模拟疲劳数据拟合存活率为95%的S-N曲线,当循环次数为200万次时,试验与模拟相对误差最大为4.31%,误差较小,预测效果良好。在对铁路免涂装Q420qENH耐候钢进行桥梁设计时,建议将对接接头的疲劳容许应力幅类别调整为Ⅶ类。

摘要:为提升高速列车行车安全性并优化车轮镟修策略,基于Archard磨耗理论构建车轮踏面磨耗迭代模型,分析了运行速度、摩擦系数、运营里程对车轮踏面磨耗的影响规律,并探究了车轮踏面磨耗对列车运行性能的影响机理。研究发现,单次镟修周期内车轮踏面磨耗深度呈M型曲线,且磨耗集中于滚动圆周边区域;运行速度、运营里程增加及摩擦系数增加均使磨耗变化率显著提升,磨耗区域宽度呈非线性扩大趋势。踏面磨耗对垂向平稳性与安全性影响较小,但名义等效锥度、轮轴横向力、脱轨系数及横向Sperling指标均随磨耗程度的增加而显著上升。研究成果为高速列车车轮镟修周期制定及安全运营提供了理论支撑。

摘要:为降低高速列车运行过程中牵引整流器传感器突发故障造成的影响,文章提出一种基于改进滑模观测器的传感器故障容错控制方法,以实现传感器故障的快速诊断与容错控制。首先,通过分析两电平牵引整流器拓扑结构,建立其包含未知扰动的数学模型;其次,提出一种基于自适应滑模观测器的传感器故障诊断策略,通过线性矩阵不等式(LMI)方法设计滑模观测器,并应用自适应律在线修正滑模鲁棒项增益,得到电压与电流估计信号,将其与传感器采样信号构建残差信号,通过与设定的阈值比较实现在线故障诊断;然后,通过引入新型滑模指数趋近律,设计电压外环滑模容错控制器和电流内环容错控制器;最后,基于Simulink平台搭建大功率牵引整流器模型进行仿真验证。仿真结果表明,文章所设计的容错方法能够在0.020 s内诊断出系统发生的传感器故障,并在0.050 s内实现补偿,观测器状态估计误差小于1%,电压外环容错控制器在负载突变工况下调节时间缩短至0.035 s。文章所提方法有效提高了系统动态响应性能,增强了系统可靠性,对高速列车安全运行控制具有一定参考价值。

摘要:对于轨道车辆薄板结构的焊接变形问题,传统火焰加热调平工艺存在噪声大、板体松弛及调平效果不稳定等缺点,文章提出将高频感应热源应用于车辆薄板结构调平工艺,设计了配套的感应加热电源设备及专用工装,并对车顶与侧墙薄板结构的调平过程进行了数值模拟与试验研究。结果表明,感应加热调平后的薄板平面度满足工艺误差要求。最后,在车间进行了薄板结构的感应调平工艺试验,感应热源的调平工艺具有加热点直径小,板面紧实效果好,无过热现象等优势,适用于车辆薄板结构的焊接变形矫正。

摘要:针对时域外推阈值选取过程中检验指标单一的问题,提出了一种基于CRITIC-VIKOR的多准则阈值选取方法。通过经验模态分解法分解得到车体底架动应力数据的主成分信号,利用超出量均值函数图法初步确定最优阈值区间,在区间内基于各检验标准采用CRITIC-VIKOR法选取最优阈值,提取超阈值数据进行广义帕累托分布(GPD)拟合,利用拟合参数生成随机载荷以代替原始超阈值数据实现时域外推,计算外推后动应力数据造成的损伤。结果显示,相比于实测数据,线性外推、雨流外推和时域外推计算得到的损伤误差分别为0.59%、0.20%和0.18%,验证了时域外推方法的科学性与准确性。

摘要:铜基复合材料在复杂环境下(如酸性、碱性、高盐雾、高湿度)有严重腐蚀问题,但传统盐雾试验耗时长且难以模拟多种腐蚀环境。基于此,本研究通过调控铜合金中Al的配比(0、1%、3%、5%),结合电化学阻抗谱等技术,提出了一种快速评估铜基复合材料界面耐蚀特性的方法。此外,在腐蚀介质中加入碳量子点(CDs),研究其吸附膜对耐蚀性能的强化作用。结果表明,含5%Al的合金耐蚀效果最佳,腐蚀电流密度较纯铜降低约70%。调控合金配比并结合碳量子点强化技术,提供了一种优化金属耐蚀性能的新方法,为复杂工况下的实际应用提供了理论与技术支持。