评判高铁轨道短波不平顺病害的轨道冲击指数法

基于轴箱垂向振动加速度能有效刻画轨道短波不平顺引起轮轨之间高频冲击的特性,提出基于带通滤波后轴箱垂向振动加速度的轨道冲击指数,评判高速铁路轨道短波不平顺病害;相对以轴箱垂向振动加速度幅值为指标的传统评价方法,用轨道冲击指数评判轨道的短波不平顺病害,可以有效减少钢轨接头焊缝、道岔以及钢轨不均匀磨耗、波浪和波纹磨耗等各种随机因素对评判结果的影响。针对传统的轴箱垂向振动加速度移动有效值计算方法效率低的问题,通过挖掘相邻2个移动有效值的递推关系,设计出轴箱垂向振动加速度移动有效值快速计算方法。采用轨道冲击指数法和实测的轴箱垂向振动加速度评判轨道短波平顺状态,并与轮轨力检测结果对比。结果表明:用轨道冲击指数能更有效评判轨道短波不平顺病害,而且具有很好的重复性;用给出的轴箱垂向振动加速度移动有效值快速算法有效解决了传统算法计算量过大的问题,满足了工程在线应用的要求。

长大列车空气管系充气特性数值仿真研究

应用现代流体动力学数值计算方法,以长大货物列车空气制动管系的充气特性作为研究对象,研究列车编组辆数、管系组成、管系泄漏等因素对列车管充气压力的影响和沿列车管长度方向的充气压力分布情况。建立了考虑列车管泄漏的连续性方程,给出一种求解压力速度耦合方程的显式有限差分算法。将计算结果和国内外长大列车充气特性的有关试验数据进行对比分析。研究工作为长大列车制动作用的试验研究提供理论参考,并为研制完整的货物列车空气制动系统奠定了基础。

自适应共振解调法及其在滚动轴承故障诊断中的应用

与AR模型、小波变换等故障诊断方法相比较,工程人员更多的是采用共振解调法对滚动轴承故障进行诊断,但诊断成功与否很大程度上依赖于滤波器中心频率及其带宽的选择。这里提出的诊断滚动轴承故障的自适应共振解调法避免了带通滤波器难以选择的困难。其核心思想是:不采用滤波的方式而是通过先对时间信号进行时频变换,然后从时频能量谱中自动提取时间能量信号的方式来达到将由于冲击引起的共振高频信号和高能量的低频信号分离。此外,给出了一个统一的框架从时频能量谱中自动提取类似于时间边缘的时间能量信号,即Lp范数准则。数值实验结果表明,自适应共振解调法能有效地诊断滚动轴承的外圈故障、内圈故障、滚动体故障,而且比传统的共振解调法的性能更优。

整体制动盘热应力有限元仿真分析

利用ABAQUS软件,对三筋板、四筋板和散热柱3类结构的合金铸铁、球墨铸铁、蠕墨铸铁材料制成的整体制动盘进行了温度场和热应力场分析。研究制动初速度为220 km.h-1时紧急制动情况下整体制动盘的热力学特性。对数值仿真结果的分析表明:当选用相同的材料时,四筋板制动盘的盘面最高温度比三筋板制动盘和散热柱制动盘的要低,四筋板制动盘结构优于三筋板制动盘;合金铸铁制动盘的最大热应力接近极限强度应力,而球墨铸铁制动盘和蠕墨铸铁制动盘的余量较大;与散热柱制动盘相比,四筋板制动盘的最大Mises应力及其应力梯度稍大,但不明显;当1个车轴安装2个制动盘时,制动过程中盘面的最高温度达到308℃,远大于1个车轴安装3个制动盘时的220℃;最大Mises应力大于280 MPa,超过了合金铸铁制动盘的允许应力(235 MPa)。建议准高速客车每轴安装3个制动盘。

铁道客车大变形碰撞仿真研究

利用数值仿真技术对铁道客车进行大变形碰撞研究。通过设置不同部分壳体单元的不同厚度,巧妙地处理了车体钢骨架与车体侧墙板及其他各种板件的焊接关系。根据仿真结果分析车身主要吸能部件的变形规律,改进牵引缓冲梁的结构,提高其吸收能量的性能。建立车与车的正撞模型,计算表明初速度相对大的车可能爬到初速度相对小的车上。建立斜角碰撞模型,指出为了减少列车脱轨后的严重伤害,应加强铁道安全护栏的研究。假人模型中的有关头部伤害指标和大腿伤害指标的计算结果表明,列车碰撞及其乘员二次碰撞是导致乘客伤害的关键原因。利用PAM CRASH的并行处理技术,进行了600万自由度有限元模型的25B铁道客车之间的碰撞分析。

薄壁圆柱在轴向冲击力作用下的动力学响应

利用有限元软件ABAQUS分析了钢和铝合金薄壁圆柱在轴向冲击力作用下的动力学响应。在相同的参数条件和初边值条件下,通过与相关文献的数值结果对比验证了所取参数的正确性和可靠性。讨论了不同碰撞速度,不同质量比,不同边界条件对平均作用力,塑性铰的形状和个数的影响。数值实验表明,随着碰撞速度的提高,平均作用力会相应增大,撞击薄壁结构的刚性质量块和薄壁结构的质量比对平均作用力没有影响。薄壁结构吸收的能量和薄壁结构本身的几何特性和材料特性将决定变形后塑性铰的个数。

长大货物列车空气管系3维充气模型的数值仿真

应用计算流体动力学中的有限体积法,建立长大货物列车空气管系的3维充气特性模型。该模型能同时求解主管、支管的压力和速度,不用类似1维模型引进经验公式或辅助边界条件帮助求解,避免了1维模型中人为解藕不当而出现的各种问题。利用交错网格算法和长大列车空气管系直径与长度的尺度效应,灵活设置压力和速度的自由度,选取压力和速度的控制容积来离散3维模型的控制方程。离散后的代数方程表明,3维模型的计算量与1维模型的计算量几乎相同。提出了一种改进的算子分裂算法求解压力速度耦合方程,数值试验表明,当时间步长很大时算法依然稳定和健壮。用研究开发的程序,将计算结果与国内外长大列车充气特性的有关试验结果进行了对比分析,验证所提出的理论和算法的正确性。

铁路轨道几何数据冲击噪声小波-有序中值滤波方法

结合小波分析及有序中值方法(ROM),提出铁路轨道几何数据冲击噪声自动滤波方法。利用传统中值滤波技术滤除冲击噪声会减少信号的有用信息及质量,提出利用小波分析将信号分解成含冲击噪声的高、低频信号;利用ROM自动识别高频信号中冲击噪声位置并滤波。据铁路轨道几何数据特点与阈值指标的内在关系,将ROM两阈值指标合并成一个,并据专家知识确定阈值。新方法具有简单、高效及强健优势,且可在线实现。用新方法对含冲击噪声的模拟信号、实测轨道不平顺信号进行滤波,结果表明该方法不仅能准确识别冲击噪声位置并自动修复,且能完整保留道岔处大轨向、大值超限等有用信息。

多弹性体接触问题的数值算法

提出一种新的求解带摩擦的接触问题的数值算法,即拟高斯迭代法。它对法向接触力和切向接触力进行交替迭代,并利用高斯迭代法求解法向接触力,利用分块高斯迭代法求解切向接触力。同其它的数值算法相比,该算法保留了关于接触力的柔度矩阵的稀疏性和对称性,利用矩阵乘向量可以分步进行的技巧,该算法只需存储关于接触力的柔度矩阵的下三角形矩阵的非零元和对角矩阵。根据可能接触边界的分布特点,将区域分解成不同的子区域,引进拉格朗日乘子表示接触力,保证了各子区域的网格剖分和位移求解是完全独立的。基于上述算法和有限元程序自动生成系统开发了相应的求解带摩擦接触问题的软件,数值实验表明,程序是正确的,算法是高效的。

三维粘弹性LDDA方法及其在地学中的初步应用

在二维弹性 LDDA方法的基础上提出了三维粘弹性 LDDA方法 ,并开发了相应的计算机软件 .通过两个三维块体的摩擦滑动数值实验 ,证明了这个方法的理论和程序是正确和可靠的 .用该程序研究了印度板块碰撞引起的东亚地区的现今速度场和沿主要断裂带的相对位移速率 .初步结果表明 ,碰撞边界附近的速度最大 ,向内部衰减很快 .青藏高原向北东方向运动 ,华北平原向东运动 ,东南亚向东南运动 .在祁连山西南和东北速率变化的衰减梯度分别为 0 .0 5和 0 .0 0 7mm/a/km,衰减是非线性的 ,运动方向由北东转向近东西方向 ,变化很大 .穿过龙门山断裂的速度衰减基本是线性的 ,其值为 0 .0 1 mm/a/km,运动方向为南东 .印度板块碰撞对于东经 1 1 5°以东和北纬 45°以北的区域影响很小 .由计算得到的速度场与GPS观测结果基本一致 .计算得到的班公湖—怒江—澜沧江断裂带在近 1 Ma以来的相对滑动速率平均约 0 .5 mm/a;金沙江断裂带相对滑动速率最大 ,为 0 .8mm/a;郯庐断裂带基本不动 .理论和计算表明 ,三维粘弹性

圆柱滚子轴承的静态应力分析

圆柱滚子轴承在载荷作用下的应力分析 ,是典型的边界非线性的接触问题。其特点和难点在于接触边界和接触力事先是未知的。文中提出一种新的求解带摩擦接触问题的数值算法 ,即拟高斯迭代法 ,并研制了一套求解接触问题的非连续有限元程序。应用该程序求解圆柱滚子轴承在受载情况下的应力 ,计算结果与光弹实验结果有良好的一致性 ,表明这种算法和程序是可靠的。有限元分析和光弹实验均表明 ,最大拉应力产生于外圈滚道面 ,而且外圈外表面应力变化幅度远小于滚道表面应力变化幅度 ,因而正常情况下不会发生外圈外表面损坏先于滚道表面的现象 。

求解接触问题的一种新的实验误差法

提出了一种带松弛因子的ＵＺＡＷ算法求解实验误差法中给定状态下的位移和接触力满足的等式方程，并证明了该算法是Ｒ超线性收敛的．整个区域被划分为多个子区域，不同子区域位移场的求解是独立的．还提出了一种带参数的以不完全因子分解为基础的预条件子共轭梯度法求解不同子区域位移场，该算法在块体规模较大时更加有效．

轨道周期性几何不平顺诊断和评价方法

结合描述转向架蛇行失稳的连续多波和广义能量方法,提出一种轨道周期性几何不平顺的诊断和评价方法。首先利用过零点的连续区段轨道几何不平顺极大值和极小值诊断周期性几何不平顺,并采用高通滤波方法对几何不平顺信号进行处理,避免偏移或趋势项对诊断结果的影响。然后引入敏感波长反映周期性几何不平顺的基波,提出利用广义能量指数评价周期性几何不平顺的状态。计算广义能量指数需要用到的关键参数——能量权系数由同步模型和线性回归分析联合产生的放大系数归一化后得到。与传统的评价轨道几何不平顺的标准差指标相比,广义能量指数与车辆动态响应标准差之间具有更强的相关性,避免了在波长非敏感条件下出现车辆动态响应与输入系统的轨道不平顺能量大小不对应的现象。利用某线预设不平顺试验实测的轨道不平顺和车体加速度数据对模型和方法进行验证,结果表明新的诊断方法能准确有效地找出分布在随机信号中的周期性几何不平顺,同时能较好地评价周期性几何不平顺状态,并反映其对车辆动态响应的影响随速度变化而变化的特性。

高速列车用铝合金材料的耐撞性数值分析

利用有限元软件ABAQUS进行高速列车用铝合金材料的耐撞性数值分析。分析了钢和铝合金薄壁圆柱在轴向力作用下的动力学响应。所有的参数,如弹性模量,密度,屈服应力取自文献[6]中的试验数据,在相同的条件下,通过比较两者的数值结果验证了参数正确性和可靠性。碰撞能量一定,对应于不同的碰撞速度,比较了钢和铝合金薄壁圆柱受到的平均作用力,以及它们最后变形的塑性铰的个数。数值试验表明,在碰撞能几乎全部被吸收的情况下,对于不同的碰撞速度5、30、65、80m/s钢材薄壁圆柱比铝合金薄壁圆柱所受到的平均作用力大,变形后塑性铰的个数少。

城市轨道车辆防碰撞性研究

为了从理论研究角度与本刊2005年第1期发表的“城轨车辆碰撞安全性的现代设计理念”一文相呼应,特约稿。介绍防碰撞性研究的必要性,国内外轨道车辆防碰撞研究的现状、防碰撞要求和标准以及研究手段,对我国城轨车辆防碰撞车体给出建议性指标。

椎体血管瘤栓塞治疗的临床应用价值

目的 :探讨椎体血管瘤的术前栓塞和单纯栓塞的意义。方法 :经栓塞治疗的椎体血管瘤 18例。方法是先行节段动脉及其他供血动脉造影。经导管注入栓塞剂栓塞。术前栓塞用明胶海绵GS和聚乙烯醇Ivalon ,单纯栓塞用Ivalon和无水酒精。结果 :术前栓塞后肿瘤染色大部或完全消失者术中出血显著减少 ,单纯栓塞肿瘤染色大部或完全消失者。临床症状消失 ,3～ 6个月后复查平片示病变椎体不同程度增生硬化。 2例复查MR未显血管瘤信号。结论 :术前栓塞可减少术中出血 。

基于主应力法和修正的Crossland疲劳准则的动车组车轮疲劳强度评定方法

以全尺寸车轮的弯曲疲劳极限表征疲劳强度极限状态,改变传统主应力法通过尺寸系数和表面加工系数修正小试样疲劳强度计算结果的做法,从而避免系数取值中主观因素对疲劳强度评定结果的影响;以全尺寸车轮的弯曲疲劳极限替代全尺寸车轮辐板的对称扭转疲劳极限作为判定依据,修正Crossland疲劳准则,并类比Sines疲劳准则,确定准则中应力张量第1应力不变量最大值的系数;以CRH系列动车组中的轴对称车轮和非轴对称车轮为评定对象,对给出的主应力法和修正的Crossland疲劳准则的适用性进行仿真分析,并与用最大剪应变准则和Brown-Miller准则评定的结果进行对比。结果表明:主应力法适用于轴对称车轮和非轴对称车轮2种车轮的疲劳强度评定,修正的Crossland疲劳准则仅适用于非轴对称车轮的疲劳强度评定;若非轴对称车轮的辐板孔边处疲劳强度安全系数区间为(1.0,1.1)时,如果用主应力法评定,还须采用修正的Crossland疲劳准则进行补充校核,以保证动车组车轮的运用安全。

基于车辆系统稳定性分析的晃车现象研究

基于多体动力学软件MSC.ADAMS的Rail模块建立CRH2高速检测车的动力学仿真模型,并利用实验数据对该模型进行验证,结果表明所建立的动力学仿真模型准确。利用该模型对CRH2高速检测车进行稳定性分析的结果表明:CRH2高速检测车上心侧滚振型的阻尼因子绝对值随着车速的提高先增大后减小,在100km.h-1附近达到最大;随着车速的提高,转向架整体蛇行振型的阻尼因子绝对值也呈先增大后减小的趋势,在运行速度为230km.h-1时达到最大,表明此时CRH2高速检测车稳定性最佳。分析晃车现象的结果表明:轮轨关系不匹配使转向架整体蛇行振型的阻尼因子过小,导致晃车现象,在仿真中将轮对内侧距由1 353mm改为1 360mm后,晃车现象消失;当速度为200km.h-1时,CRH2高速检测车上心侧滚振型的振动频率为1.6Hz,阻尼因子为负且非常接近0,导致上心侧滚振动衰减较慢,从而也会产生晃车现象。晃车现象与车辆系统的蛇行失稳不是同一概念,在实际的应用中应加以区别。

基于STFT的振动信号解调方法及其在轴承故障检测中的应用

从信号滤波角度,对基于STFT的振动信号解调方法的原理和影响其解调性能的各种因素进行了严格的理论分析,指出该解调方法实质是基于复解析带通滤波的H ilbert变换解调法。严格证明了在利用H ilbert变换进行包络解调分析时,只要带通滤波器通带范围包括调制信号的部分频率成分,就可解调出被调制信号的周期成分。为了避免对所有的解调信号序列进行包络谱分析,提出按峭度值最大化准则选择一组含有丰富故障信息的解调信号序列进行包络幅值谱分析。基于以上讨论,给出了实用的基于STFT的振动信号解调算法。为了验证提出的解调算法的有效性,用该算法对仿真和实际轴承故障信号进行了解调分析,分析结果表明,利用该算法能有效地检测轴承故障。