Journal of SouthWest JiaoTong University
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2020年 55卷 5期
刊出日期 2020-10-25

论文
论文
903 陈维荣, 胡斌彬, 李奇, 燕雨, 孟翔
基于动态规划的混合动力有轨电车能量管理方法
针对传统动态规划算法在燃料电池混合动力系统能量分配中存在的误差累积问题,以及为进一步提高燃料电池混合动力有轨电车的耐久性和燃料经济性,提出了一种基于改进动态规划算法的燃料电池混合动力有轨电车能量管理方法;改进动态规划算法在传统动态规划的基础上调整了状态转移方程,通过只对系统状态量进行离散从而避免计算过程中的插值计算导致的误差累积;同时将系统等效氢耗、动力电池充电状态(SOC)约束和燃料电池加、减载带来的耐久性问题作为优化目标构成加权惩罚函数,使系统在获得良好燃料经济性的同时兼顾耐久性;将所提管理方法与功率跟随和传统动态规划进行对比分析. 研究结果表明:所提方法相较于功率跟随方法,使末态SOC值降低了13.3%,燃料经济性提高了78%;相较于基于传统动态规划算法的能量管理方法,使燃料经济性提高了3.5%,且SOC变化范围和燃料电池变载情况均具有显著改善.
2020 Vol. 55 (5): 903-911 [摘要] ( 20 ) [HTML 1KB] [PDF 1233KB] ( 34 )
912 李奇, 蒲雨辰, 韩莹, 陈维荣
电-氢孤岛直流微电网的分层能量管理
为了实现电-氢混合储能微电网的控制与运行,提出一种该类孤岛直流微电网的全天候能量管理方法,在满足负载需求功率、控制母线电压的基础上,将微网多余电能向化学能及氢能转化,且将储存的能量通过燃料电池及蓄电池适时运用于微网功率缺额的情况;通过对各电源、负载设备DC/DC变换器控制以及管理层的协调控制,实现了该系统的能量管理;基于MATLAB/Simulink软件平台,验证了该文能量管理方法的有效性. 研究结果表明:电-氢微电网在运行过程中母线电压波动幅度小于0.33%,远小于5.00%的运行要求;锂电池等效荷电状态及储氢罐等效荷电状态初末值变化幅度分别为4.0%和0.2%,储能系统运行稳定;该能量管理方法能够在保持电-氢系统稳定运行的前提下,无需外界提供额外能量即可确保该系统的全天候正常运行.
2020 Vol. 55 (5): 912-919 [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [PDF 1034KB] ( 16 )
920 戴朝华, 傅雪婷, 杜云, 郭爱, 陈维荣
不同空间结构的有轨电车超级电容热行为
为了减轻有轨电车超级电容模组因温度引起的性能衰减,基于超级电容器的单体结构,研究单体不同空间结构对超级电容模组热行为的影响. 首先,建立超级电容电化学-热耦合模型,并搭建实验平台验证模型的有效性;其次,定义“自然对流换热比表面积”,通过最高温度、最大温差、单体温度波动率和空间利用率4个指标对截面为3×6、2×9的长方体结构、截面为4×4的正方体结构和六面体结构的超级电容模组的温度特性和体积特征进行评估. 研究表明:气流路径的长度、对流换热比表面积以及强制对流换热的单体数量会影响散热的效果,具有短而宽流动路径的空间结构冷却效果更好;正方体结构是冷却效果和均温方面的最优选择;对于空间利用率和冷却效率而言,六面体结构是最佳选择.
2020 Vol. 55 (5): 920-927 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 1320KB] ( 10 )
928 张丽艳, 谢晨, 梁世文, 李鑫, 边力丁
牵引负载电能计量方式研究
为了研究牵引负荷产生的负序对电能计量的影响,在建立牵引供电系统及电力系统三相模型的基础上,分析了牵引供电系统负序功率潮流,阐述了牵引负载采用传统功率理论定义下的功率因数计量方式存在的问题,基于IEEE Std 1459-2010功率理论所推荐的等效视在功率及功率因数定义,提出不平衡牵引负载功率因数计量方案,并将有效功率因数限值取为0.68. 理论分析及实测数据均表明:牵引负荷负序有功功率与正序有功功率方向相反,牵引负荷作为负序源向系统注入负序功率,被系统阻抗和对称负载吸收. 通过仿真与56组实测数据统计分析并验证本文算法的有效性和结论的正确性,实测数据统计结果表明,等效视在功率及等效功率因数能计及不平衡牵引负载对线路传输效率的影响,计量更合理准确.
2020 Vol. 55 (5): 928-936 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 1542KB] ( 17 )
937 魏柏全, 吕继东, 陈柯行, 唐涛, 王唯
基于TAIO变异的CTCS-3列控系统测试案例生成方法
为了研究高覆盖已知故障集的中国列车运行控制系统三级(CTCS-3)测试案例生成方法,提出了一种基于输入输出时间自动机(TAIO)变异分析的测试案例生成方法. 结合列控系统模式转换的故障特点,设计了包含模式转换已知故障的8种变异算子(改变行为、改变目标位置、改变源位置等),形成了15 106个变异体;利用输入输出一致性关系(tioco)和k-Bounded模型检验方法生成了10 843个测试案例;应用一致性关系分数(CRS)、平均一致性关系分数(ACRS)和加权一致性关系分数(WCRS)进行了故障覆盖度的分析. 研究结果表明:该方法设计和生成的测试案例能够有效覆盖改变行为、改变不变量和增加sink位置3种故障模式,而对于约束取反和复位取反的故障模式覆盖度不高,需通过额外的观测信息来检测故障.
2020 Vol. 55 (5): 937-945,962 [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [PDF 1954KB] ( 6 )
946 高豪, 张亚东, 郭进, 李科宏
基于动态规划的列车节能运行两阶段优化方法
针对地铁列车多站间节能运行优化问题,提出将列车节能驾驶优化过程和时刻表优化过程结合的两阶段优化方法,分别求解两优化过程的全局最优解,从而获取列车在多站间运行的最优操纵策略. 首先考虑节能和节时两个目标,构建列车节能驾驶多目标优化模型,结合动态规划多阶段寻优思路,建立一系列包含多个过程指标及约束的子阶段求解模型,逆序求解后获取列车站间运行最优操纵策略的Pareto前沿;其次建立时刻表优化模型,基于动态规划方法,调用各站间Pareto前沿,搜索站间运行时间最优分配方案;最后以北京地铁亦庄线为例,验证两阶段优化方法的有效性和高效性. 试验结果表明,与最速操纵策略相比,经过两个阶段优化后的列车牵引能耗分别降低了53.87%和54.69%,两阶段优化过程分别用时258.90 s和0.08 s.
2020 Vol. 55 (5): 946-954 [摘要] ( 15 ) [HTML 1KB] [PDF 1214KB] ( 8 )
955 金华, 陈绍宽, 刘爽, 刘葛辉
基于固定班制的地铁乘务计划一体化优化方法
针对运营中常用的固定班制轮班模式,通过加入班次数量比例和备班约束,构建排班和轮班计划一体化的乘务计划优化模型,进行乘务组数的全局优化;之后对传统列生成求解算法进行改进,在定价子问题中分别针对不同班次类型,各自生成班次以适应新的模型约束,并设计加速策略,以完成对一体化优化模型的求解;最后以轮乘站设置不同的两条地铁线路为例开展案例研究,研究了在四班三运转和六班五运转班制下的优化效果,分析了算法的求解效率. 研究结果表明:固定班制条件下,与分阶段优化方法相比,简化了轮班单元构成,乘务组数量减少了6.67%~14.29%,求解时间节约了44.2%~51.4%.
2020 Vol. 55 (5): 955-962 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [PDF 819KB] ( 9 )
963 焦玉玲, 张林静, 邢小翠
考虑随机需求和时间约束LIRP联合协同优化
针对多节点多层次多功能的供应链管理中整体效益亟待提高的问题,结合某连锁超市的单一供应商、多分销中心、多零售店所构成二级分销网络,建立以系统总成本和供货时间为目标的多目标选址-库存-路径问题(location-inventory-routing?problem,LIRP)集成规划模型. 利用线性加权法将其转化为单目标规划模型,提出遗传算法和节约里程法相结合的两阶段启发式算法并求解模型,第1阶段用遗传算法求解选址-库存问题,第2阶段用节约里程算法求解车辆路径规划问题. 并结合某连锁超市实例,对不同总成本权重下的不同决策方案的分销网络进行LIRP集成优化,优化后的系统方案比原文献的总里程减少了3 606.9 km,系统总成本减小了6 526.2 元,缺货成本降低了124.6 元,只有19.7元,验证了模型和算法的有效性.
2020 Vol. 55 (5): 963-970 [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [PDF 869KB] ( 6 )
971 胡晶晶, 黄有方
两个轴辐式网络协同建设的多层编码遗传算法
为了降低物流网络的建设成本投入,充分利用物流资源,提出轴辐式网络间的协同建设. 同时建设两个轴辐式物流网络,一个轴辐式网络为自己网络中的每一个枢纽从另一个轴辐式网络中选择一组协作枢纽,两个网络可以共同使用协作枢纽. 目标是使两个轴辐式网络的建设成本和它们之间的协作成本总和最小. 首先,运用混合整数规划模型描述所研究的问题;其次,根据问题的复杂度,设计了多层编码的遗传算法来解决问题,一条染色体分别表示了两个轴辐式网络;最后,在算例中进行了参数敏感性分析,分析参数对各部分成本和物流网络结构及协作枢纽的影响. 分析结果表明:在两个网络的协同建设中,一个网络中转移到另一个网络的流量大小对两个网络各自的网络结构和构建成本具有显著的影响;协同建设能够同时系统化地优化两个轴辐式网络,降低成本,整合物流资源.
2020 Vol. 55 (5): 971-979 [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [PDF 1216KB] ( 9 )
980 徐孝蕾, 周建亨
考虑品牌忠诚度的追随品跨周期质量与定价决策
国际知名时尚品牌通常以其较高的质量和独特的文化价值吸引和培育众多忠诚顾客,国内同类本土品牌在追随时面临顾客黏性以及策略性消费行为的影响,如何突破既有的壁垒,吸引策略型顾客购买性价比高的本土品牌产品成为了重要课题. 为此,基于时尚产品价值衰减的假设,构建了两周期竞争企业的策略性博弈模型,分析了追随企业该如何决策追随品的质量与价格. 研究表明:原品顾客忠诚度越高,对其需求越有利,但对其利润却不总是有利;给定原品贬值程度,若消费者策略性较弱,追随品的利润反而可能随原品忠诚度递增,这是因为追随品价格随顾客忠诚度递增的正效应大于市场需求随之递减的负效应,促使追随品利润递增;作为追随品,收益并不是随与原品的相似度单调递增,应当保留一定程度的品牌原创性才能实现利润最大化.
2020 Vol. 55 (5): 980-987 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 1247KB] ( 18 )
988 贺益雄, 张晓寒, 胡惟璇, 李梦霞, 龚帅, 金毅, 牟军敏
基于航向控制系统的船舶动态避碰机理
为探索航速矢量变化与船舶避碰之间的动态变化规律(避碰机理),研究了结合船舶领域和速度障碍等方法的静态避碰机理,确定了不考虑船舶改向运动过程与周围环境变化前提下,本船可避让所有物标的航速矢量区间;建立了基于模糊自适应比例积分微分(PID)控制和船舶运动方程的航向控制系统,再现船舶改向过程中的航速矢量非线性变化;基于静态避碰机理和航向控制系统研究了船舶动态避碰机理,求解了符合船舶操纵运动过程的动态避碰改向区间. 研究结果表明,在开阔水域随机设置的多物标环境中,可得到符合航速矢量非线性变化的动态避碰改向区间集合 [-90°,-72°]、[31°,47°]、[62°,79°],受动态船舶主要影响形成改向范围为(-72°,31°)、(79°,90°] 的碰撞航向区间,符合船舶操纵运动对改向避碰的影响规律,可为实现船舶避碰辅助决策、自动避碰和动态避碰路径规划提供基础理论和方法.
2020 Vol. 55 (5): 988-993,1027 [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [PDF 1639KB] ( 11 )
994 晏致涛, 李杰, 张璞, 游溢, 宫博
基于FLUENT的直流漏沙式风沙风洞研究
目前的风沙风洞大多适用于风沙地貌、风沙环境的研究以及防护治理,而用于结构风工程的风沙风洞很少,因为其需要在一定高度处能够实现风速和风沙浓度可调的均匀稳定段.为了研究直流漏沙式风沙风洞中风沙流的分布规律,运用FLUENT建立风洞模型,通过对已有的漏沙风洞试验进行数值模拟,验证了模型的正确性.进一步基于风洞风速、漏沙体积分数、漏沙速度等参数对风洞风沙流的影响规律,提出了一种新型的水平多口风洞漏沙装置.对该风沙风洞的分析表明:在试验模拟浓度的范围内,风洞风速越大,同一位置的沙粒分布高度越高;漏沙体积分数和漏沙速度主要影响单位时间内进入风洞的沙粒质量,且试验位置沙粒浓度的峰值与单位时间进入风洞的沙粒质量成正比;该风沙风洞可以得到约1/2风洞高度的沙粒浓度均匀试验段,并可以通过调节漏沙体积分数、漏沙速度和试验位置可得到试验所需的试验风速及对应的沙粒浓度,使其能很好地完成风工程中的风沙定量试验.
2020 Vol. 55 (5): 994-1000,1027 [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [PDF 2059KB] ( 11 )
1001 郑达, 苏杭, 庞波
基于悬臂梁流变试验的倾倒变形力学特性分析
弯曲倾倒变形本质是岩层所发生的弯曲流变变形,为了阐明其时效特点与力学特性,首先对反倾层状斜坡进行受力分析,将岩层某点的受力简化为自重应力与水平侧应力;其次在该受力条件下,进行了悬臂梁弯曲流变试验,将岩层悬臂式弯曲流变模型概化为4个阶段:瞬时变形阶段、衰减蠕变阶段、稳态蠕变阶段、加速蠕变阶段. 基于上述的试验和分析,推导出悬臂梁弯曲流变的本构方程;并选取岩梁发生倾倒变形时极限位置处应变为0,对本构方程进行求解得出倾倒变形发育的极限深度;以悬臂梁倾倒折断时应变加速度等于稳态蠕变的上限加速度为求解条件,得出岩梁的倾倒折断深度.
2020 Vol. 55 (5): 1001-1008 [摘要] ( 11 ) [HTML 1KB] [PDF 1338KB] ( 6 )
1009 陈伟宏, 乔泽惠, 首维荣
CFRP加固震损非延性RC框架抗震性能试验研究
为了研究碳纤维增强复合材料(CFRP)加固震损非延性钢筋混凝土(RC)框架抗震性能,制作并完成了1榀1/2缩尺两层两跨非延性RC框架子结构试件加固前后的拟静力试验. 将试件加载至峰值承载力,对采用外包CFRP法对震损节点处进行加固后的试件进行试验研究,获得了CFRP加固震损非延性RC框架的破坏形态与滞回曲线,分析了其刚度、强度、延性和耗能等抗震性能指标,并与完好结构进行对比. 分析结果表明:CFRP加固对提高震损非延性钢筋混凝土框架结构的最大水平承载力、初始刚度有限,对其耗能能力提升明显;加固结构的平均位移延性系数为2.81;当其最大层间位移角到达1/50时,加固结构依然具有较大的安全储备空间,加固后的震损非延性RC框架结构可以用于地震区.
2020 Vol. 55 (5): 1009-1016 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [PDF 1537KB] ( 5 )
1017 曹兵, 陈俊达, 杜怡韩, 黄博, 黄俊, 夏军武
装配式圆钢管约束混凝土柱的轴压性能
为了研究钢套管及套筒连接装配式圆钢管约束混凝土柱轴压性能,基于试验研究结果,对钢套管及套筒连接装配式圆钢管约束混凝土柱轴压性能进行了有限元分析. 首先通过有限元建立了现浇式和装配式圆钢管约束混凝土柱模型;然后从承载力-平均纵向应变关系曲线、钢管应力、钢筋应力和混凝土应力方面对比了现浇式与装配式柱的轴压性能;其次分析了装配式柱变形形态及受力机理;最后提出了装配式柱轴压承载力计算方法. 研究结果表明:与现浇式柱相比,装配式柱也具有良好的轴压性能和延性性能,钢管及钢套管对核心混凝土的约束作用更强,轴压承载力提高幅度为1.94%~6.17%;增加钢管厚度对提高装配式圆钢管约束混凝土柱轴压承载力最有效,提高幅度达59.15%,增加箍筋间距对其轴压承载力影响较小,减小幅度为2.91%;钢管纵向应力在靠近钢套管与钢管连接处较大,钢管环向应力在钢管通缝上、下附近区域较大,在钢套管装配处也较大;所提装配式柱轴压承载力公式计算值(Nuc)与有限元值(Nuf)、试验值(Nut)的比值均值分别为0.964、1.014,方差分别为0.003 5、0.002 9.
2020 Vol. 55 (5): 1017-1027 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [PDF 1999KB] ( 10 )
1028 郝润霞, 王谋庭, 贾硕, 李钢
基于拟力法的框架结构静力推覆分析
传统静力推覆分析方法求解结构非线性变形需对结构整体刚度矩阵进行实时地合成与分解,该过程将占用大量计算资源.基于拟力法的纤维梁有限元分析方法进行静力推覆分析,在迭代求解结构非线性变形时,首先对弹性刚度矩阵进行分解,计算出侧向荷载作用下的弹性位移;然后通过反复调用弹性刚度矩阵的分解结果与弹性位移,减少回代计算量;最后采用算法时间复杂度理论定量对比了该方法与传统方法的计算效率,通过一榀八层钢筋混凝土框架结构数值算例,分析比较了两种方法的计算结果与算法时间复杂度. 结果表明:两种方法顶点位移-基底剪力曲线基本吻合,层间位移角与楼层之间的关系曲线也基本一致,两者的最大误差出现在第3层,为3.72%,与传统方法相比,基于拟力法的静力推覆分析方法算法时间复杂度降低了80%,计算效率至少是传统方法的5倍.
2020 Vol. 55 (5): 1028-1035 [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [PDF 839KB] ( 5 )
1036 张鹏飞, 桂昊, 雷晓燕
CRTS Ⅱ型板断裂条件下桥上无缝线路伸缩力特性
为了研究桥上CRTSⅡ型轨道板断裂条件下轨道、桥梁结构纵向受力变形规律及其影响,基于有限元法和梁-板-轨相互作用机理,建立桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,分析不同轨道板断缝位置、断缝宽度、裂缝深度及轨道板、底座板伸缩刚度对断板条件下桥上无砟轨道无缝线路伸缩力分布规律的影响. 研究结果表明:在计算轨道板断裂条件下桥上无砟轨道无缝线路伸缩力时,应根据不同检算部件选取最不利的断板位置,建议将轨道板断缝宽度和深度分别取2 mm和200 mm、轨道板、底座板伸缩刚度折减至10%~50%,计算结果是偏安全的且不失一般性;轨道板断裂增加了断缝处CA (cement asphalt)砂浆层及底座板断裂的风险,断板侧的钢轨纵向位移及轨板相对位移均在断缝处急剧变化.
2020 Vol. 55 (5): 1036-1043 [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [PDF 1202KB] ( 7 )
1044 商拥辉, 徐林荣, 刘维正, 陈钊锋
重载铁路水泥改良膨胀土工程特性与路用性能
为了探究重载铁路水泥改良膨胀土路基填料的工程特性及路用性能,采用室内动三轴试验、微观结构试验、路基原位动力试验相结合的方法,揭示了膨胀土掺入水泥3%~5%改良前后静态指标与动态指标的变化特征,分析了水泥掺量5%和3%改良膨胀土分别用作重载铁路基床底层及以下路堤填料建设期的工作性能,评估了服役期列车动载作用下路基的动力稳定性. 研究结果表明:膨胀土掺入3%~5%水泥改良后,强度提高同时胀缩性显著降低,水稳定性提高3~4倍;相比重塑素膨胀土,水泥掺量3%~5%改良膨胀土临界动应力提高5~6倍;检测路基压密程度与强度指标满足规范且有较大富裕,监测路基中线地基沉降在铺轨前处于稳定状态;原位动力测试表明列车动载作用下路基的动应力沿深度逐渐衰减,在基床表层与基床底层范围内最大衰减量分别可达40%和80%以上,动应力影响深度是基床设计厚度的1.4~1.8倍,动应力影响深度范围内路基的动应力值远小于同位置填料的临界动应力,运营期路基动力稳定性满足安全服役要求. 研究成果能够为重载铁路水泥改良膨胀土路基精细化建设养修提供理论参考.
2020 Vol. 55 (5): 1044-1051 [摘要] ( 10 ) [HTML 1KB] [PDF 1176KB] ( 5 )
1052 刘友能, 黄润秋, 刘恩龙, 廖孟柯
冻融循环对云贵高原尾矿土力学性质的影响
为研究尾矿力学指标在冻融循环过程中的弱化规律,基于冻融尾矿土的常规三轴固结不排水剪切试验,对冻融前后尾矿土的各项力学指标进行了分析. 首先对尾矿土试样进行开放条件下的冻融试验,设置0、1、5、10、15次冻融;然后对不同冻融次数下的尾矿土进行常规三轴固结不排水剪切试验,设置50、100、200、300 kPa 4组围压;最后基于试验结果,对抗剪强度、峰值抗剪强度及弹性模量等力学指标进行分析. 研究表明:冻融对尾矿土的力学性质影响显著,随着冻融次数的增加,其应力-应变关系曲线由应变软化型逐渐向加工硬化型发展;破坏形式由脆性剪切破坏转变为延性破坏,剪切过程中孔压负增长的趋势逐渐减弱至消失;抗剪强度指标、峰值抗剪强度及弹性模量逐渐降低,其中,尾矿土受第1次冻融的扰动最大,表现为有效凝聚力和有效内摩擦角分别降低了30.55%和6.33%;峰值抗剪强度下降比的平均值达42.66%,弹性模量下降比的平均值达33.61%;10次冻融后尾矿土的力学指标趋于稳定,从第10次到第15次冻融,有效凝聚力和有效内摩擦角分别降低2.94%和0.37%;峰值抗剪强度下降比的平均值和平均弹性模量下降比的平均值分别为2.53%和4.03%,建议采用冻融10次的力学指标作为工程设计的依据.
2020 Vol. 55 (5): 1052-1059 [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [PDF 1168KB] ( 10 )
1060 周和祥, 马建林, 胡中波, 陈文龙, 杨柏
基于柱孔扩张理论的沉井刃脚极限土阻力分析
为解决目前刃脚极限土阻力计算方法所存在的不足,基于考虑剪胀效应的柱孔扩张理论,提出了刃脚极限土阻力的理论解答. 首先考虑刃脚基础单侧方向破坏的特点,将两个刃脚对称拼接成一个整体基础进行计算;其次利用柱孔扩张理论,通过分析刃脚底部土体在竖直方向的受力平衡求得刃脚极限土阻力;最后利用离心模型试验与现场监测对该计算方法进行了对比验证. 研究结果表明:与离心模型试验结果相比,当沉井下沉深度为36 m时,本文方法计算刃脚土阻力误差为6.6%,与现场实测结果相比,当沉井下沉深度为5 m时,本文方法计算刃脚土阻力误差为1.36%,当沉井下沉深度为10 m时,本文方法计算刃脚土阻力误差为19.5%,当沉井下沉深度为15 m时,本文方法计算刃脚土阻力误差为9.70%. 计算值与离心模型试验值、现场实测值均吻合较好. 本研究可为刃脚极限土阻力计算问题提供一个新思路.
2020 Vol. 55 (5): 1060-1066 [摘要] ( 6 ) [HTML 1KB] [PDF 926KB] ( 4 )
1067 李小珍, 高慰, 雷康宁, 胡雪晖, 梁林
高速列车对站房振动噪声影响的试验研究
为研究列车通行对综合交通枢纽振动噪声的影响,以成渝高铁沙坪坝站为工程背景,通过现场试验实测了站房候车厅、站台、轨道板的振动加速度以及候车厅、站台区域、轨行区的辐射声压. 通过对实测信号分别进行了时域分析和1/3倍频程分析,探究了列车作用下站房的振动传递规律及噪声辐射特性. 结果表明:在列车运行荷载作用下,站房与站台的结构振动优势频段为10.0~80.0 Hz,振动随振源距离的增大而减小,站台到候车厅总振级衰减最大值达到13.5 dB;轨道板峰值振动加速度级出现在400.0 Hz处,约为101.0 dB;对候车厅而言,噪声声压级的优势频段为20.0~2 500.0 Hz,列车进站总声压级比列车出站高0.5~1.3 dB(A);对站台而言,噪声的优势频段为125.0~1 000.0 Hz,列车出站总声压级为86.3 dB(A),比列车进站时高1.3 dB(A);对轮轨噪声自身,其优势频段为200.0~2 500.0 Hz,列车进站噪声总声压级为91.1 dB(A),较列车出站时高3.2 dB(A).
2020 Vol. 55 (5): 1067-1075 [摘要] ( 11 ) [HTML 1KB] [PDF 2090KB] ( 8 )
1076 丁鹏, 陶连金, 杨秀仁, 赵继, 石城, 安韶
预制装配式地铁车站单环结构传力与变形机理
为了研究新型装配式车站结构的力学与变形性能,以长春某国内首例预制装配式地铁车站为背景,基于有限元软件ABAQUS对装配式地铁车站单环结构拼装成环后传力与变形机理进行研究. 首先,建立了不同结构形式与钢丝杠支撑组合的4种工况数值模型;其次,对结构在自重作用下的力学、变形和接头接触性能进行了对比分析;最后,揭示了该类型预制装配式地铁车站单环结构的传力与变形机理. 研究结果表明:钢丝杠的支撑作用不容忽视,在拱脚外侧增设水平钢丝杠后,结构最大Mises应力降低约40%,最大主应力降低约80%,最大水平位移降低约90%,拱顶挠度降低约80%,结构内部降剪、降弯效果明显;接头接触状态发生明显变化,除拱顶D-E接头外其余接头接触面挤压面积比例显著增大,拼装结构基本达到了传力稳定可靠、变形安全可控的设计要求,整体自稳能力显著提升. 钢丝杠与拼装结构协同工作优化了单环结构的传力路径,有效限制了结构的水平与竖直变形,该类型装配式结构的力学与变形性能优于未设置钢丝杠的现浇结构的对应指标.
2020 Vol. 55 (5): 1076-1084,1110 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 2226KB] ( 10 )
1085 齐欣, 余志祥, 张丽君, 许浒, 赵雷
被动柔性防护系统对落石冲击作用的传播效应
被动柔性防护系统遭受落石冲击作用时的波传效应对系统耗能效率存在重要影响,对此开展了能量为1 500 kJ的3跨足尺模型冲击试验,结合LS-DYNA开展了非线性动力分析,对比研究了柔性防护系统的冲击变形、特征点位移和钢丝绳拉力等结构响应沿支撑绳纵向的传播特征. 进一步开展了4跨、5跨、6跨和7跨模型的冲击动力学模拟试验,研究了纵向传播距离增加对冲击响应的影响,包括支撑绳拉力、网片内力和系统冲击力随随波传距离增加的衰减率、构件耗能率和冲击历程的多阶段耗能率变化. 研究结果表明:冲击跨支撑绳拉力明显高于边跨;冲击跨网片内力最大,两侧网片内力急剧衰减,呈高斯型衰减分布;随着系统跨数增加,落石冲击变形极值变化较小,但变形时程变化差异较大;内力衰减变化明显,7跨模型中,支撑绳内力衰减超过了50%,网片内力衰减了40%,冲击力衰减了14%;随着系统传播距离的增加,网片、减压环以及钢柱的耗能减少,钢丝绳和其他摩擦耗能增加,第1、2阶段耗能增大,第3阶段耗能减小.
2020 Vol. 55 (5): 1085-1093 [摘要] ( 8 ) [HTML 1KB] [PDF 2056KB] ( 7 )
1094 张茉颜, 肖宏
基于流固耦合求解的强横风下轨道力学分析
为研究强横风条件下轨道结构的力学特性,采用计算流体力学和有限元联合仿真,对轨道结构的受力和变形进行了分析. 首先采用SOLIDWORKS软件基于CRH380A型高速列车实际外形轮廓建模,然后通过FLUENT计算得到列车的气动特性,再与有限元软件ABAQUS联合仿真建立列车-轨道耦合模型;模型中完整地保留列车表面所受的气动力,解决了流固耦合中列车气动力的传递问题;最后基于建立的耦合模型,针对强横风作用下轨道结构的力学特性进行系统分析. 研究结果表明,当列车运行速度为350 km/h,风速从0变化到15 m/s时,钢轨背风侧处横向位移从0.177 mm增加到2.100 mm,增大了11.86倍,可见强横风条件下,要重点关注钢轨背风侧处横向力学特性;当风速超过15 m/s时,列车运行速度达到250 km/h,钢轨横向位移超出了最大允许值2.000 mm,表明长期的强横风作用将会导致轨道的几何形位发生改变,但此时轮重减载率和脱轨系数并未超出对应限值0.65和0.800. 因此,横风作用下不仅要考虑列车运行安全性指标,也要考虑轨道结构力学指标的变化.
2020 Vol. 55 (5): 1094-1102 [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [PDF 1396KB] ( 11 )
1103 朱军, 佘平, 李维炼, 曹云刚, 齐华, 王博, 王瑜
基于导航网格的室内火灾逃生路径动态规划
为了解决现有虚拟现实(virtual reality,VR)场景中室内火灾逃生路径规划静态、低效的问题,基于VR场景中的导航网格,提出了室内火灾真实感表达方法,构建了室内火灾VR场景;其次根据VR场景创建了初始导航网格,设计了导航网格动态生成算法,建立了室内火灾逃生路径动态规划方法;最后构建了原型系统,并选择某产业园展厅作为案例开展了实验分析. 实验结果表明:融合静态地理场景与动态火灾场景,能构建室内火灾VR场景;导航网格每次更新时间在10 ms内,逃生路径规划的每次更新时间平均为50 ms左右,可支持室内火灾逃生路径的动态规划.
2020 Vol. 55 (5): 1103-1110 [摘要] ( 12 ) [HTML 1KB] [PDF 1181KB] ( 9 )
1111 袁飞, 赵绪言, 王一戈, 赵治晟
基于轻量级卷积神经网络的烟雾识别算法
由于烟雾图像场景模糊不清,背景复杂多变,难以捕获到有效特征,导致算法识别误报率和漏报率较高;此外,深度卷积神经网络结构复杂,参数繁多,难以缩短其计算时间至1 ms内,这成为实时火灾预警的一大难题. 为了解决上述问题,提出了一种基于4种Inception结构的轻量级卷积神经网络SInception (sequeeze-and-excitation inception)在此基础上加入SE Block (sequeeze-and-excitation block)用于对烟雾特征进行重新分配;同时,为了避免由于训练样本不足引起的过拟合,原始数据集上采用数据增强技术以及生成对抗网络生成更多训练样本,并在后续实验中采用了融合暗通道先验特征的策略. 实验结果表明:该网络在增强的数据集GAN-Aug-YUAN上将识别误报率降为0的同时将准确率提升至99.65%,且计算时间减少到0.26 ms.
2020 Vol. 55 (5): 1111-1116,1132 [摘要] ( 7 ) [HTML 1KB] [PDF 1317KB] ( 13 )
1117 杨帆, 邓斌
扩张室压力脉动衰减器声传播的有效性
为了研究平面波截止频带内,进、出口偏置型扩张室压力脉动衰减器结构参数对其一维解析法计算精度的影响,基于面积突变处高阶模态的耗散效应,对两类偏置型扩张室一维解析法的有效性进行了分析. 首先,截止频率范围内双调谐内插管扩张室一维解析法的计算结果与实验测量结果吻合良好,证明了该方法应用于液压脉动衰减器是可行的;其次,将广泛应用于气体消声系统的两类进、出口偏置型扩张室结构(结构1和结构2)引入液压系统,制成相应的压力脉动衰减器,并利用一维解析法和三维有限元法分别得到其理论计算值;最后,以扩张室腔室内部存在局部非平面波效应为背景,研究了内插管插入深度、偏心距以及偏转角对一维解析法有效性的影响. 研究结果表明:结构1、2偏心距为40 mm、偏转角180°时,进、出口内插管插入深度对5000 Hz频带内(截止频率5469 Hz)高频区域的传递损失影响较大;而当结构1、2的内插管插入深度选定时,偏心距以及偏转角对0~4000 Hz一维解析法计算精度的影响可忽略不计,而在4000~5000 Hz研究频带内,这种影响则不可忽略.
2020 Vol. 55 (5): 1117-1123 [摘要] ( 5 ) [HTML 1KB] [PDF 1235KB] ( 6 )
1124 翟晓晨, 杜群贵, 文奇
基于微分变换的柔性体小变形装配精度分析
在产品设计阶段进行装配精度分析时通常以刚体假设为前提,往往忽略外部载荷、温度变化等载荷因素的影响. 在已存在制造误差、装配误差的情况下,载荷因素引起的零件变形会进一步影响装配精度. 因此,本文提出了一种同时考虑制造、装配误差和零件变形的装配精度分析模型. 该模型首先沿尺寸链将变形的公差特征离散化,在每个节点处建立并固结节点坐标系;然后提取节点的变形信息,对目标特征上的每个节点坐标系进行微分变换,实现误差与变形的综合;最后建立了线性化的综合误差分析模型. 研究结果表明:模型不仅克服了传统误差分析模型以刚体假设为前提的局限,得到了零件的局部变形对装配精度的影响,还可极大地减少装配系统几何建模与力学分析的难度和工作量.
2020 Vol. 55 (5): 1124-1132 [摘要] ( 9 ) [HTML 1KB] [PDF 1292KB] ( 4 )
Journal of SouthWest JiaoTong University
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