高速铁路无砟轨道车辆荷载传递特性研究

为进一步探讨无砟轨道荷载设计参数取值,为我国时速400 km及以上高速铁路建设提供重要理论支撑,通过开展无砟轨道静力分析以及钢轨焊缝、车轮扁疤激励下车辆-轨道动力相互作用,揭示列车静、动力载荷特征及传递规律;同时根据轨道承载特点和无砟轨道设计原理,提出车辆竖向设计荷载取值建议。研究结果表明:(1)高速列车车轮扁疤和钢轨焊缝不平顺将造成显著的轮轨冲击,其轮载动载系数最大可达5.79,远高于现行规范取值;扣件系统对扁疤和焊缝不平顺引起的轮轨力高频成分衰减作用明显,扣件支反力的动载系数最大为2.64;(2)钢轨焊缝不平顺引起的轮轨冲击力随着车速提高以及焊缝不平顺幅值的增大而迅速增大,建议500 km/h及以下高速铁路的钢轨焊缝平直度标准取0.2 mm/m;(3)列车轮载通过扣件支反力作用于轨道板,从传递特性的角度来说,以扣件支反力作为轨道板竖向设计荷载更为合理,其动载系数可取3.0,且能满足400 km/h及以上高速铁路的行车需求。

基于结构振动响应的长型浮置板轨道隔振器失效检测方法

目前钢弹簧浮置板轨道的隔振器失效判别主要依赖于人工巡检或视觉成像系统,但此类方法效率低、检测滞后且成本高昂。本文提出了一种自动化的检测方法,该方法利用残差学习思想和卷积神经网络基本理论构建数据分类器,并通过列车动荷载作用下的结构动力响应对现役某常见的长型浮置板轨道进行隔振器失效的检测识别。首先,基于车-轨垂向耦合动力学建立考虑隔振器不同服役状态的地铁车辆-浮置板轨道垂向耦合动力学仿真分析模型,进而生成多种运营工况下的数据集,用于网络的训练和性能测试;其次,进一步研究了传感器布置方式对网络检测性能的影响,以决定适宜的传感器布置方案;最后,在实际地铁线路中开展试验,对所提出的方法进行了验证。结果表明:通过对传感器布置位置进行优化,深度残差网络模型的检测准确性显著提升;合理设置传感器的数量也可以提高本文方法的检测性能;此外,通过适当选取传感器布置方案,本文提出的基于深度残差网络的隔振器失效检测方法在仿真数据中实现了98.99%的准确度,并在试验数据中实现了96.33%的准确度。该方法具有较高的可行性和应用潜力,可为地铁浮置板隔振器智能运维提供参考,并有望在未来用于隔振器失效的自动化检测。

350 km/h高速铁路隧道行车振动的波阻板隔振特性研究

地下铁路行车速度的提高对车致环境振动的控制提出了更高的要求。围绕350 km/h高速铁路隧道行车诱发的振动问题开展研究。基于车辆—轨道耦合动力学理论和有限元方法,构建了地下铁路车致振动预测模型,并通过现场振动试验验证其准确性。通过数值计算详细探讨了波阻板(wave impeding block,WIB)宽度、埋深和材料属性对隔振性能的影响。研究表明,隧道上方土体中设置水平WIB可显著降低行车引发的地面振动。特别地,当WIB布设位置靠近振源较近时,对5 Hz以上的振动成分呈现出显著的隔振效果。同时,WIB宽度、埋深与其隔振性能直接相关,但过大的宽度和埋深可能导致远场地面振动增强;多孔聚苯乙烯波阻块相较于橡胶、细砂及C30混凝土展现出最佳的隔振性能,特别是在5~200 Hz的振动频率范围内有较好隔振效果。

基于谱元法和北方苍鹰算法的振动损伤检测

【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ASCE Benchmark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。

应用动力吸振器的浮置板轨道低频振动控制特性的试验研究

针对浮置板轨道在低频域出现的振动放大问题,通过落轴试验研究应用动力吸振器浮置板轨道的低频振动控制特性。基于多自由度等价质量识别原理与扩展定点理论,利用浮置板轨道有限元模态分析与室内测试,设计合理的动力吸振器关键参数,将制作好的动力吸振器安装在实验室实尺浮置板轨道上进行落轴冲击动力学试验,以研究动力吸振器对浮置板轨道低频振动特性的控制效果。研究结果表明:在试验条件下,动力吸振器可以明显降低浮置板轨道在10 Hz基频附近的振动加速度,且质量比越大振动控制效果越好;与传统无动力吸振器的浮置板轨道相比,当动力吸振器的质量比为0.3时,轨道板、支承层的插入损失最大分别可达15.3、11.9 dB。

温度和列车动荷载作用下双块式无砟轨道道床板损伤特性研究

采用混凝土损伤塑性模型描述双块式无砟轨道道床板的力学行为,以变温作用下道床板最大损伤状态作为初始条件、车辆—双块式轨道耦合动力分析得到的各钢轨支点压力作为轨道—路基的外部激励,进行变温和列车动荷载共同作用下道床板损伤的演变规律及道床板损伤对结构受力影响的研究。结果表明:在降温过程中道床板会发生横向弯曲变形,产生损伤,导致受拉承载力下降;在升温过程中由于降温导致的道床板拉伸损伤不可恢复,所以道床板损伤值不变,最终保持在0.23左右,但刚度出现恢复现象;车辆经过已损伤的道床板时,道床板内部裂纹交替张开与闭合,刚度出现短暂的部分恢复阶段,刚度退化系数最大幅值为0.057,而道床板损伤值不变,且道床板的位移和加速度幅值、支承层与基床表面的动应力幅值均比无损伤时增大,拉应力幅值减小;损伤塑性模型能很好地反映道床板混凝土的软化及刚度退化行为。

含裂纹的双块式无砟轨道道床垂向振动特性分析

基于线弹性断裂力学理论和车辆-轨道耦合动力学理论,采用有限单元法,建立含道床裂纹的车辆-双块式无砟轨道垂向耦合动力学模型,模型中通过设置奇异等参元来反映三维裂尖应力场、位移场的奇异性,由节点位移外推法得到在列车动荷载作用下道床裂尖的应力强度因子,最后探讨裂纹对道床振动特性的影响。结果表明:在列车动荷载作用下,裂尖附近的应力场强度主要由Ⅰ型应力强度因子控制,裂纹出现张开与闭合的交替状态,裂纹在一次列车动荷载作用下不会发生失稳扩展,但应注意其疲劳扩展导致道床的断裂破坏;裂纹对道床的振动位移和振动加速度影响较小,但对道床的动弯应力和道床下层钢筋的动应力影响明显,会加速道床的疲劳损伤。

“阅读拯救了我”——绍兴市柯桥区实验小学朱胜阳老师访谈

《新课程评论》:朱老师,您好!非常感谢您接受我们的访谈。我们知道,您出版了一本《写作照亮教育之路——一个草根语文教师的突围》。您是如何理解“草根”一词的?朱胜阳:2011年2月,我作为《小学语文教师》杂志“月度人物”,被杂志原副主编陈金铭老师以《朱胜阳:我是草根》为题作专题报道后,就开始以“草根教师”自称。于我而言,“草根”的第一层含意是“普通,不出众”。我不是名校毕业,学历只有中专,文化底蕴单薄,教学基本功平平。

基于橡胶弹簧非线性模型的重载车辆轮轨动力特征分析

针对重载车辆一系悬挂橡胶弹性元件,采用分数阶导数理论建立具有历史依赖性的橡胶弹簧非线性力学模型,并将该模型应用于重载车辆-轨道耦合动力分析系统中,比较了传统的Kelvin-Voigt线性模型与该非线性模型在车轮扁疤冲击荷载与实测轨道随机不平顺作用下轮轨动力响应的差异。计算结果表明：在车轮扁疤冲击荷载条件下,传统线性模型与非线性模型得到的轮轨垂向力在低于200Hz频率范围内存在明显的差异,采用线性模型会低估10-80Hz频率范围内的轮轨垂向力,且会高估80~200Hz频率范围内的轮轨垂向力;在轨道随机不平顺作用下,非线性模型得到的轮轨垂向力变化范围更大,且侧架加速度与车体加速度较线性模型均有所下降。

基于黏聚力模型的双块式无砟轨道混凝土层间黏结性能试验与分析

对双块式无砟轨道的层间黏结构件进行层间法向开裂和切向开裂模拟试验,依靠数字图像相关(DIC)技术获取了界面应力与分离位移的变化规律,并确定了用于层间开裂模拟的黏聚力模型关键本构参数。基于该黏聚力模型,运用有限元软件分析了构件层间法向和切向损伤开裂行为,并与试验结果进行了对比分析。结果表明:DIC技术能较好地描述双块式无砟轨道黏结构件从层间损伤,到裂纹萌生、扩展,再到裂纹贯穿于整个试件的全过程;黏聚力模型关键本构参数可保守地选取其法向黏聚强度为3.26 MPa,临界断裂能为12.2J/m2,切向黏聚强度为0.82 MPa,临界断裂能为4.5J/m2。有限元软件分析得到的界面应力与分离位移的变化规律与试验结果吻合较好,表明该黏聚力模型能较好地反映层间损伤开裂行为,为双块式无砟轨道层间损伤开裂机理研究提供了有效的理论分析工具。

钢轨扣件弹条扣压力对轮轨系统垂向动力学响应的影响分析

为深入探讨钢轨扣件弹条扣压力对轮轨系统垂向动力学响应的影响,在经典车辆-轨道垂向耦合动力学模型的基础上细化了扣件的建模,建立了能够考虑钢轨扣件弹条扣压力和轨下胶垫初始压缩量的垂向动力学模型。针对轨下胶垫和弹条的实际受力情况,模型中采用具有单向作用特性的力元来模拟轨下胶垫和弹条的受力特性。通过数值仿真,将该模型与传统模型进行了对比,并分析了弹条扣压力衰减和扣压力失效对轮轨系统垂向动力学响应的影响。分析结果表明,弹条扣压力衰减主要导致胶垫支反力减小,而扣压力失效则会导致失效扣件处的钢轨垂向加速度显著增大。对于连续多个扣件发生扣压力失效的情况,钢轨垂向加速度、钢轨上拱位移和轮对垂向加速度等动力学指标随失效扣件个数的增加而增大,而失效扣件个数的增加对轮轨垂向力、轮载作用下的钢轨垂向位移和胶垫支反力的变化影响很小。

扣件刚度频变特性对轮轨振动噪声的影响

基于车辆-轨道耦合动力学理论和声学理论,建立了考虑扣件刚度频变特性的轮轨滚动噪声频域分析模型。模型中,通过车轮有限元分析获得其模态特征向量,建立考虑车轮弹性的动力学方程;钢轨视为由刚度随频率变化的扣件离散支承的铁摩辛柯梁模型;通过等效线性化轮轨接触形成轮轨耦合动力学频域分析模型;将轨道粗糙度作为输入并考虑接触区滤波,计算得到了车轮和钢轨的振动响应频谱及声辐射功率频谱,并分析了扣件刚度频变特性对轮轨垂向振动以及轮轨滚动噪声的影响。结果表明,扣件刚度的频变特性对钢轨导纳特性、轮轨相互作用力频谱、钢轨总声功率影响明显,而对车轮总声功率影响较小;与扣件常刚度模型计算结果相比,钢轨振动沿纵向传播的衰减率增大,钢轨声辐射功率在100~1 250 Hz频段明显减小,轮轨总辐射声功率约减小2.4 dBA,轮轨噪声辐射声压预测值与试验结果对比表明,频变刚度模型可有效修正常刚度系数模型对轮轨噪声的过高估计。

基于声传递向量方法的车轮扁疤冲击噪声分析

建立一种基于声传递向量分析车轮扁疤冲击作用下轮轨噪声时频特性的模型。首先建立详细的车轮有限元模型进行模态分析,提取模态质量,模态振型等参数。结合车轮模态特征,并将钢轨视为Timoshenko梁,基于车辆-轨道耦合动力学理论,建立可以考虑车轮弹性变形和轮轨接触非线性的时域车轨耦合振动模型。通过轮轨动力学计算得到车轮扁疤冲击下的车轮和钢轨时域振动速度,并由快速傅里叶变换(FFT)获得轮轨接触点处轮轨振动速度的频谱;同时,采用边界元声传递向量(ATV)方法计算得到单位力作用下车轮与钢轨噪声辐射频谱。结合车轮扁疤引起的轮轨振动速度频谱、单位力作用下的速度导纳和噪声辐射频谱计算得到受声点处的声压谱,并通过快速傅里叶逆变换(IFFT)获得其声压时程。结果表明本文模型可以很好地模拟轮轨冲击振动和噪声的时域与频域特性。

基于车辆-轨道耦合动力学的400km/h高速铁路线路平面参数设计研究

为推进我国400km/h等级高速铁路的规划建设和创新发展,本文基于车辆-轨道耦合动力学理论,开展了既有350km/h高速铁路曲线设计参数适应性分析和400km/h高速铁路线路平面参数设计方法研究,揭示了平面参数匹配关系对系统动力学性能的影响规律。研究结果表明:当曲线半径小于7000m时,既有规范的曲线设计参数不再适用;在满足动力学指标和欠/过超高限值要求的条件下,并考虑留有一定的安全裕量,建议400km/h高速铁路曲线半径不应小于7500m;相比于既有欠/过超高设计要求,综合考虑车轨系统动力学性能指标来设计曲线超高具有更宽的合理设置范围。本文通过系统的动力学分析,提出400km/h条件下曲线线路平面参数匹配建议值,并评估了其安全裕量,研究成果可为400km/h高速铁路线路平面设计提供理论参考。

慧成长魔方:小学综合评价数字化转型校本实践

推进教育数字化已成为当前学校教育改革和发展的焦点。2022年7月浙江省教育厅印发的《浙江省教育厅关于小学生综合评价改革的指导意见》(以下简称《指导意见》)指出要深入推进小学生综合评价数字化改革,引导学校绘制学生成长画像[1]。

400 km/h高速铁路无砟轨道列车竖向设计荷载动力学研究

随着高速铁路设计速度的提高,轮轨相互作用加剧,对无砟轨道结构设计也提出了更高的要求。本文基于车辆-轨道耦合动力学理论,针对400 km/h高速铁路开展了无砟轨道竖向设计荷载研究。以冲击速度与轮心轨迹两种方法描述扁疤,以短波不平顺描述焊缝,分别考察车轮扁疤和钢轨焊缝两种特殊工况,并结合其动力学计算结果,建议了竖向设计荷载动载系数取值。计算结果表明:(1)400 km/h高速铁路无砟轨道竖向设计荷载动载系数可取3.0;(2)在更高速度下,焊缝引起冲击作用力增大,且轮轨系统动态相互作用对焊缝不平顺幅值变化敏感,因此应严格控制钢轨焊缝不平顺幅值。研究成果可为400 km/h高速铁路无砟轨道设计提供理论指导。

钢弹簧支座阻尼对被动式减振浮置板轨道低频振动控制的影响

针对城市轨道交通用浮置板轨道低频振动控制问题,基于动力吸振器定点理论、模态解析原理及车辆-轨道耦合动力学理论,充分考虑浮置板下钢弹簧支座阻尼的影响,采用车辆-被动减振浮置板轨道动力学模型,研究被动式减振浮置板轨道低频振动控制问题。以加速度三分之一倍频程及插入损失为评判标准,定量分析了钢弹簧支座阻尼对被动式减振浮置板轨道低频振动控制的影响,为被动式减振浮置板低频振动控制提供参考依据。

高速列车轮轨噪声控制的新型声屏障设计方法研究

我国轨道交通的基础建设已得到快速发展。随着新版《中华人民共和国噪声污染防治法》的实施,轨道交通对于沿线声环境的污染防治也将成为后期重点关注的问题之一,因此有必要提高轨道交通重要降噪设备声屏障在隔声性能方面的要求;针对轨道交通轮轨噪声的频段范围,基于Bragg带隙机理提出了三种针对轨道交通轮轨噪声的新型的二维气-固声子晶体型能带结构设计方案,分析了三种设计方案对应的带隙特性,并通过声传递损失评价了三种设计方案的隔声效果。研究表明:结合声子晶体理论设计的能带结构排布方式,能够对特定频段内的轮轨噪声形成高效的阻隔;通过合理设计散射体的布置形式和几何参数,可进一步实现特定多频段的有效隔声;将提出的方案应用于声屏障设计,能针对性地提升声屏障的隔声性能。

悬挂式单轨列车与轨道梁桥系统动力性能试验研究

针对我国第一条悬挂式单轨交通试验线开展行车动力学试验。试验线轨道梁桥为底部开口的钢结构箱梁,试验列车为基于锂电池驱动的悬挂式单轨列车,最高试验运行速度为60 km/h。试验结果表明:轨道梁桥结构具有良好的竖向和横向刚度,其垂向一阶自振频率和横向一阶自振频率分别为5. 60、2. 27 Hz,自振频率理论计算结果与实测结果基本相符;轨道梁桥结构的振动加速度随着行车速度的增加而逐渐增大,其跨中垂向和横向加速度最大值分别为0. 19g、0. 11g,满足铁路桥梁相关规范要求,轨道梁桥动态位移随着行车速度的增加无明显变化,表明列车对该轨道梁桥的动力冲击作用受速度影响较小,在所有测试工况中,轨道梁桥挠跨比小于1/1 100,动力冲击系数小于1. 1;列车在各种速度工况下,其横向平稳性指标较垂向平稳性指标略大,但两者平稳性指标均小于2. 75,表明运行车辆具有良好的平稳性。

努力走向“课中央”

2022年4月,我的第一本个人专著《写作照亮教育之路——一个草根语文教师的突围》出版。莫国夫导师在给我的序言《燃灯如豆,持续发光》中说:“在我众多的名优教师学员中,胜阳的天资和基本功并不出色。但他却是最努力、最有方向感的学员之一。”