车辆-轨道非线性耦合系统显隐式求解算法的收敛性分析

针对车辆-轨道非线性耦合系统的动力学方程联立求解过程,将车辆和轨道分别考虑为2个子系统,通过2个子系统之间的位移协调和轮轨非线性接触力耦合,再结合显隐式积分格式,提出车辆-轨道非线性耦合系统的分离迭代和分离同步两种求解方法,通过算例验证了两种方法的正确性,并对两种求解方法的收敛性进行了对比分析。计算结果表明:显隐式分离迭代法和显隐式分离同步法的最大有效时间步长分别是0.5、0.1 ms;在时间步长较大时,采用Aitken加速法可以起到增强显隐式分离迭代法的计算稳定性的作用,但Aitken加速法的作用会随着时间步长的减小而变小;相同时间步长下显隐式分离同步法的计算效率要比显隐式分离迭代法高,但可以通过选用较大的时间步长来提高显隐式分离迭代法的计算效率。

一种高精度轨道单元及其在车辆-轨道耦合系统的应用

轨道系统的精确仿真对于车辆-轨道系统动力学研究具有重要意义。基于有限元理论,提出一种高精度的考虑扣件分布支承式的三层轨道单元模型并推导其质量、刚度和阻尼矩阵,运用Lagrange方程建立车辆-轨道耦合动力学方程,并提出一种显-隐式积分算法进行数值计算,提高了计算效率。将该模型与传统的扣件集中支承式轨道模型进行比较,研究扣件分布支承与支承长度对车辆-轨道耦合系统振动的影响。结果表明,扣件集中支承式轨道模型会高估轮轨之间的相互作用力以及轮对和钢轨的垂向振动,放大钢轨“pinned-pinned”频率附近的振动响应,扣件分布支承式轨道模型可以在时域和频域提供更精确的振幅结果;可以通过增加扣件胶垫支承长度来减轻轮轨相互作用及轨道结构的振动;采用建立的车辆-轨道耦合模型以及显-隐式积分算法可以在降低计算成本的情况下给出更为准确的结果。

重载铁路货车轴载作用下嵌入式轨道受力变形分析

为研究嵌入式轨道在重载铁路中的适用性,采用有限元法,建立嵌入式轨道有限元模型,从钢轨应力、钢轨位移、轨道板位移的角度分析货车轴载对嵌入式轨道结构受力及变形的影响,并针对现有嵌入式轨道结构进行优化研究。研究结果表明:货车轴载对嵌入式轨道轨头应力、轨底应力、钢轨横向及竖向位移影响显著,其中,轨头应力、钢轨横向位移均超过限值要求,但其对轨道板位移影响较小;采用75 kg/m钢轨替换60 kg/m钢轨后,轨头应力显著减小,但钢轨横向位移仍然超过限值要求;在此基础上,随着填充材料弹性模量的增大,钢轨应力及位移均显著减小,且均在规范限值内,填充材料弹性模量建议取为400 MPa。

基于BIM技术的铁路路基设计施工应用现状及发展趋势

铁路路基设计施工是铁路基础设施建设的重要环节,对于确保铁路运行安全和效率具有重要作用。然而,传统铁路路基设计施工中存在设计效率低、施工质量监控难、设计施工协调差等系列问题和挑战,无法适应高效、精准、可持续的铁路路基建设需求。BIM技术快速发展,其作为一种全新的设计和管理工具,已成为现代化铁路路基设计施工的重要辅助技术,为铁路路基的发展带来了巨大的机遇和挑战。文章基于BIM技术的铁路路基设计施工应用现状进行分析,并探讨其面临的挑战和发展趋势。研究发现,BIM技术在铁路路基设计施工中具有提高设计精度、减少错误和冲突、优化施工管理等优势,但在技术、组织管理、法律等方面存在诸多挑战。而未来,BIM技术在铁路路基设计施工中将向智能化、协同化和数字化方向发展。

基于质量控制的铁路桥梁智能建造模拟

铁路桥梁是铁路建设中的重要环节,其施工质量对整体工程质量有重大影响。随着智能技术的发展,将BIM、AI、VR和GIS等技术应用于铁路桥梁施工,能够提高施工水平和效率。通过建立参数化BIM模型,可以实现动态化模拟施工过程,深化BIM在质量方面的应用,实现智能化和信息化施工。这些新理念、新技术的融合为铁路桥梁施工带来更多可能性。

基于迭代RMSE法的约束阻尼板动力特性分析

忽略约束阻尼结构阻尼层黏弹性材料虚刚度及参数频变特性会对计算该结构模态损耗因子带来误差.本文在修正模态应变能法(RMSE法)的基础上,结合迭代算法,分析了黏弹性材料虚刚度及参数频变特性对约束阻尼板的振型、固有频率和模态损耗因子的影响,探讨了约束阻尼板阻尼层厚度和约束层厚度对结构模态损耗因子的影响规律.分析结果表明:本文方法计算的固有频率和模态损耗因子与相关文献中的试验实测值吻合良好;不考虑黏弹性材料参数频变特性,各阶模态振型形状基本不变,但部分振型的相位相反;阻尼层剪切模量直接影响到结构固有频率,忽略其频变特性会导致在低阶时计算结果偏大17.2%,高阶时偏小7.6%;低阶模态时,忽略黏弹性材料频变特性的模态损耗因子误差最大可到56.0%;约束阻尼板模态损耗因子随阻尼层厚度增加而增大,随约束层厚度增加先增大后减小.

复杂背景下铁路扣件的改进YOLOv5s检测算法

针对复杂背景下铁路扣件外观缺陷形态检测困难的问题,提出一种改进的YOLOv5s(RFYOLOv5s)铁路扣件检测算法。首先,结合铁路扣件形态特征,采用DenseBlock模块代替YOLOv5s网络中的Focus模块,并嵌入Ghost-BottleNeck模块,替换YOLOv5s主干网络中的Bottleneck模块;然后,引入损失函数LCIoU对YOLOv5s网络进行优化。此外,对原网络中马赛克数据增强方式进行改进,以丰富数据样本特征。将RF-YOLOv5s算法与Faster R-CNN,SSD,YOLOv3,YOLOv4和YOLOv5s等经典目标检测算法对无人机获取的铁路扣件外观缺陷形态数据影像进行检测效果对比。结果表明:RF-YOLOv5s算法的平均检测精确率可达95.46%,平均检测用时为15 ms,可实现对昏暗、遮挡、杂物干扰和模糊复杂背景下铁路扣件外观缺陷形态的准确检测;相比于几种经典目标检测算法,RF-YOLOv5s算法的整体性能表现更为出色,能够满足在实际铁路工况下对扣件实时检测的需求,为铁路管养部门提供技术参考。

基于响应面法的槽形梁结构噪声优化研究

轨道交通槽形梁结构在列车动载作用下会辐射低频噪声,这种低频噪声对人体健康危害很大。以轨道交通30 m简支槽形梁为研究对象,基于车桥耦合分析模型,利用有限元法和边界元法计算槽形梁结构辐射声功率。将响应面法与辐射声功率计算相结合,建立了以槽形梁辐射结构噪声在分析频率范围内的总声功率级为目标及以槽形梁质量为约束的声学优化模型,再利用序列二次规划法进行求解,最终找出了槽形梁结构声学最优的截面尺寸。优化后槽形梁底板厚度为0. 34 m,腹板厚度为0. 22 m。计算结果表明,利用响应面法可以有效的对槽形梁进行声学优化,而且优化后的降噪效果还是比较显著的。

基于小波包能量谱与改进BP神经网络的铁路扣件松脱检测算法研究

为实现铁路扣件在服役过程中松脱位置及松脱程度的准确检测,提出一种基于小波包能量谱与改进BP神经网络的铁路扣件松脱检测算法。首先,参照现行规范,在实地设计了7种铁路扣件不同松脱工况,并依次采集各工况下所对应的钢轨垂向振动加速度信号;随后,对采集到的钢轨垂向振动加速度信号进行7层dB40小波包分解,获取各工况下对应的小波包节点能量比数据信息,在此基础上,从距离和维度两个角度出发,设计了一个向量相异系数指标(VDC)用以实现松脱扣件的定位;此外,依据数据特征,采用粒子群优化算法对BP神经网络进行改进,构建PSO-BP铁路扣件松脱程度检测模型,并进行参数敏感性分析。研究结果表明:健康状态下铁路扣件的VDC最小值为0.17,最大值为0.41,明显小于各松脱状态下铁路扣件的VDC值,据此,可实现对单个和多个松脱扣件的准确定位;构建的PSO-BP铁路扣件松脱程度检测模型可以实现扣件松脱程度的准确检测,且当隐含层中神经元数目设置为20时,模型检测效果最优,对应识别准确率为98.66%。

车轮参数对轮轨噪声的影响

铁路列车的运行噪声给沿线居住环境带来了严重影响,在已建立的轮轨滚动噪声预测模型的基础上,车轮参数的变化对轮轨噪声的控制进行分析,分析表明,适当减小车轮半径,增加车轮辐板厚度和车轮踏面质量有助于降低轮轨噪声。

基于声传递向量法的槽形梁结构低频噪声研究

轨道交通槽形梁结构在列车动载作用下会辐射低频噪声,这种低频噪声对人体健康危害很大。以轨道交通30 m的简支槽形梁为研究对象,基于车辆-轨道耦合动力学模型,利用有限元法计算了列车荷载作用下槽形梁的振动响应,再利用声传递向量法分析了槽形梁结构辐射噪声及其特性,最后对槽形梁结构各板件的噪声辐射贡献进行了研究。分析结果表明:轨道交通槽形梁底板的垂向振动速度振级和腹板的横向振动速度振级的峰值频率均为63 Hz,且底板的垂向振动响应是最大的。槽形梁结构噪声的线性声压级的峰值频率在63 Hz附近,且当频率为63 Hz时,槽形梁结构噪声的辐射范围最广,衰减得最慢。槽形梁结构噪声辐射的主要区域在梁体的正上方和梁体的正下方,且梁体正上方的结构噪声要大于正下方。槽形梁底板对结构噪声的贡献量是最大的,其次是腹板,翼缘板对槽形梁结构噪声的影响很小。

无砟轨道垂向高频振动响应分析

为了分析不平顺条件下无砟轨道的高频振动特性及声辐射特性,建立了高速铁路无砟轨道车辆-轨道垂向耦合动力学模型,在轮轨表面粗糙度激励下考虑接触滤波,模拟出了轮轨垂向高频振动相互作用力,并将此力作用在按我国实际轨道结构建立的三维实体有限元模型上,仿真模拟轨道系统在随机荷载作用下的高频振动特性,得到了钢轨轨头、轨腰、轨底3处的振动响应与轨道板同一截面离钢轨不同距离的3处振动响应和竖向振动加速度级谱。结果表明:钢轨振动响应中轨头处振动响应最大,轨道板振动响应中距离钢轨越近响应也越大;在计算频域内轨道系统的高频振动主要以钢轨的振动为主,钢轨高振幅的振动主要集中在0～3 000 Hz,而轨道板的高振幅振动就主要集中在0～1 000 Hz,这为以后采用三维轨道结构面上的振动响应结果作为速度边界条件,利用声学边界元法计算轨道的声辐射奠定了基础。

轨道交通轮轨滚动噪声的预测

随着我国大规模的铁路提速改造工程的实施,以及大力发展高速客运专线,铁路列车的运行噪声给沿线的居住环境带来了严重影响。基于轮轨竖向及横向振动相互作用关系,根据结构声辐射理论,考虑大地反射的影响,推导了铁路轮轨滚动噪声声压级谱的理论表达式。为验证本模型的正确性,在轮轨高频振动响应和轮轨噪声计算两方面和有关文献实测结果进行了对比验证,此外还对我国既有线轮轨噪声进行了理论预测和现场实测,数值计算结果与实验结果具有较好的一致性。

铁路线路噪声特点分析

介绍了铁路线路噪声的组成以及特点,并且分析了铁路线路噪声的频谱、速度、距离以及高度特性,为今后铁路线路噪声的治理研究奠定了基础。

箱型桥梁结构的面板声学贡献分析

以高速铁路32 m混凝土简支箱型桥梁为研究对象,通过有限元软件建立了轨道-桥梁分析模型,采用车辆-轨道-桥梁耦合振动理论,分析了桥梁结构的竖向振动,并将得到的竖向振动响应作为边界条件,导入到箱梁边界元模型中预测箱梁结构噪声。同时基于面板声学贡献分析理论,进行了箱梁梁体的面板声压贡献分析和声功率贡献分析,确定箱梁梁体辐射噪声的最大部位。研究结果表明:列车以200 km/h的速度运行在高架轨道上时,箱梁梁体辐射噪声主要集中0-100 Hz范围内,其中在20 Hz和42 Hz左右有比较突出峰值。同时由面板声学贡献分析可知箱梁梁体主要辐射噪声的部位是箱梁的顶板和两侧翼缘板下面板。

提速铁路过渡段的动力响应测试分析

为了评价提速线路路桥过渡段对于轨道结构动力响应的改善程度,本文对京九线过渡段的设计及轨道动力响应测试进行了研究,过渡段的设计采用20m的级配碎石填筑,轨道动力响应测试参数为钢轨垂直力、钢轨加速度、轨枕加速度。测试表明,当路桥连接处设了轨道过渡段时,列车从低刚度轨道到高刚度轨道时,钢轨垂直力、钢轨加速度、轨枕加速度是由小逐渐增大的,没有突变;当列车从高刚度轨道到低刚度轨道时,钢轨垂直力、钢轨加速度、轨枕加速度是由大逐渐减小,没有突变。当路桥连接处没有设置轨道过渡段时,列车从高刚度轨道到低刚度轨道运行时,其动力响应突然减小,有突变。通过对设有过渡段及没有设过渡段的路桥连接处实测分析可知,当列车速度小于200 km／h时,采用长度为20 m的级配碎石填筑轨道过渡段,对减小过渡段轨道动力响应非常有利。

轨道交通槽形梁结构低频噪声预测与优化

为降低轨道交通槽形梁在列车动荷载作用下辐射的低频噪声,以轨道交通30m简支槽形梁为研究对象,基于车桥耦合分析模型,利用有限元法和声传递向量法计算分析槽形梁辐射的结构噪声及其特性。利用中心组合试验设计方法,建立槽形梁结构低频噪声优化的响应面模型,利用序列二次算法求出槽形梁结构声学最优的截面尺寸。结果表明:槽形梁结构振动与噪声的峰值频率在63 Hz附近,其与轮轨耦合振动的峰值频率有关,当频率为63Hz时,槽形梁结构噪声的辐射范围最广,衰减最慢。槽形梁结构噪声辐射的主要区域为槽形梁的上部和下部,且槽形梁上部区域的结构噪声大于下部区域。优化后的槽形梁底板厚度为0.294m,腹板厚度为0.244m。优化后槽形梁声场场点的总声压级可降低3dB左右,且面声场的整体降噪效果也较好。

轮轨系统高频振动研究

通过建立轮轨系统高频振动模型,分析轮轨相互作用关系,给出车轮及钢轨的高频振动功率谱计算式,并且推导了车轮、钢轨阻抗特性,计算因轮轨表面粗糙度而引起的轮轨高频振动响应。表明大约在1300Hz以下频段,主要以钢轨振动为主,而在1300Hz以上频段,车轮振动占主导地位。

铁路轮轨噪声预测分析

利用改进的轮轨噪声预测模型,对我国铁路轮轨噪声进行预测分析,分析表明,轮轨表面粗糙度对轮轨噪声有着显著的影响,随着粗糙度的增加,在整个频率范围内,铁路轮轨噪声均有明显增大的趋势。

既有线路桥过渡段的设计与动力学性能评价

介绍既有线路桥过渡段的设计 ,利用有限元法 ,通过建立车辆轨道耦合系统竖向振动分析模型 ,对列车经过路桥过渡段时轨道结构的动力学性能进行评价 。