高速铁路道岔打磨对钢轨平顺性及轮轨动力学性能的影响

为提高一高速铁路道岔焊缝处的轨道平顺性,解决列车通过时有异响等问题,分别采用传统垂直打磨机和数控钢轨精磨机对某1/18道岔的焊缝处进行了打磨。通过现场试验,测试了道岔打磨前后线路不平顺及列车通过时的轮轨力和振动加速度。对比打磨后钢轨平顺性和动力学性能的变化,分析两种打磨机的打磨效果及打磨遍数的影响。测试结果表明:两种打磨机均可改善道岔钢轨焊接接头平顺性;打磨后车辆通过时轮轨力、钢轨振动加速度均有所改善,且精磨机的改善效果大幅优于垂磨机;采用精磨机打磨结束后,振动频率3.0~7.0 kHz附近的钢轨振动响应幅值大幅下降,钢轨振动加速度大幅减小。

考虑曲面接触斑的轮轨滚动接触行为分析

当轮缘与轨距角发生接触时,不满足弹性半空间假设,此时采用CONTACT会产生较大误差。对CONTACT中法向间隙、刚性蠕滑率和影响因子进行修改使其可以考虑轮轨曲面接触斑。以S1002CN车轮踏面和CHN60钢轨型面为例,分别采用曲面算法和CONTACT计算轮轨接触斑面积和接触应力等,并对结果进行对比分析。结果表明:当踏面与轨顶接触或轮缘与轨距角呈凸面接触时,2种算法得到的接触斑面积和接触应力差异甚微;然而,当轮缘与轨距角发生共形接触时,以横移量7.77 mm为例,CONTACT得到的接触斑面积比曲面算法小9.5%,最大法向应力和切向应力均比曲面算法大34%。相较于平面算法,曲面算法可以更精确计算轮缘与轨距角发生共形接触时的接触应力,从而用于轮轨磨耗和滚动接触疲劳的研究。

三种非赫兹滚动接触模型的对比研究

在轮轨损伤计算中,为了提高轮轨滚动接触解的求解效率与精度,常采用简化的非赫兹滚动接触模型。然而,此类模型的精度及适用性仍未得到充分的验证。以我国高速铁路常见的两种标准车轮型面(LMA和S1002CN)与标准CHN60钢轨的匹配状态为例,采用三种典型的非赫兹滚动接触简化模型(KP、STRIPES和ANALYN)进行模拟,以CONTACT的结果作为参照,对比简化模型在预测具体轮轨接触斑形状、接触应力和黏滑分布等详细接触计算结果的准确性。采用统计的方法,使用UM动力学软件进行仿真输出接触参数,评估不同接触模型在实际车辆运行工况下的计算精度。计算结果表明:上述三种简化模型的计算精度在处理LMA-CHN60接触工况时最优。而S1002CN廓形存在明显的局部曲率突变,简化模型的计算精度在处理该种工况时较差。在三种模型中计算详细接触解时ANALYN模型精度最高;只计算接触参数时KP模型与ANALYN模型的结果差异不大,但KP模型的计算不依赖于局部曲率且效率更高。

高速铁路三维轮轨瞬态滚动接触-冲击模型参数研究

为进一步研究车辆轨道接触特性和钢轨损伤,采用显式有限元法建立适用于三维轮轨瞬态滚动接触分析的有限元模型,将轮轨间黏着系数、牵引系数、列车速度等考虑在内,研究不同模型参数对轮轨瞬态滚动接触计算的影响。通过详细对比分析扣件系统、钢轨长度、轨道板及参数对轮轨瞬态接触解的影响,并结合车轮模态分析结果,引入不同波长的轨面几何不平顺以表征激励频率,明确了全轮对模型的适用范围,为高速轮轨滚动接触问题的精细化建模提供参考。结果表明:(1)添加扣件系统可使滚动接触在更短时间内趋于稳定,钢轨长度并不能影响瞬态模型的计算结果,轨道板结构更能使瞬态求解趋于稳定;(2)模拟轮轨冲击的工况下,需建立全轮对模型求解,以保证结果的可靠真实性。

激活函数的对比测试与分析

随着人工智能的发展、含有激活函数库开源框架的增加,针对激活函数库的对比与分析越来越重要。在Intel x86架构上进行实验,从函数性能、稳定性、精度3个方面测试并分析了PyTorch和TensorFlow两种主流人工智能框架中的常用激活函数。实验结果表明,PyTorch的整体稳定性要高于TensorFlow,且Sigmoid、Hardsigmoid、SeLU、ReLU、ReLU6、Tanh函数的性能皆优于TensorFlow;在精度方面,TensorFlow中除SeLU函数与LeakyReLU函数稍差些,其余函数与PyTorch表现相当。

非赫兹型滚滑接触荷载作用下钢轨体内应力状态模拟分析

基于迹线法、Kalker的三维非赫兹滚动接触理论和半空间势函数理论解,分析不同接触荷载与接触状态下的轮轨接触差异。结果表明:接触荷载类型、饱和度、摩擦因数都是影响钢轨体内应力分布的重要因素;接触荷载类型主要影响钢轨体内的应力水平,对最大von Mises等效应力发生的位置没有影响;接触斑内黏滑分布和纵向应力整体分布情况主要由饱和度控制;摩擦因数越大,蠕滑饱和时最大von Mises等效应力越大,且越容易发生在表层;与非赫兹型接触荷载+部分滑动状态相比,赫兹型接触荷载+全滑动状态的最大von Mises等效应力更大且更易发生在表层,相同加载次数下钢轨会产生更大的塑性变形。以赫兹型接触荷载+全滑动状态为前提的简化轮轨接触疲劳预测模型得到的疲劳预测结果偏于保守。

高速行车条件下钢轨焊接接头区轮轨动态相互作用

通过建立三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,对高速行车条件下钢轨焊接接头几何不平顺处的轮轨动力相互作用进行了分析,明确了适用于400 km/h速度等级线路的钢轨焊接接头几何梯度与轮轨动态力的定量关系。将所提出的几何梯度法应用到某线路20例实测钢轨焊接接头几何不平顺的预测,并与数值模拟结果对比,验证方法的有效性。结果表明:列车以400 km/h通过平直度为0.2 mm的钢轨焊接接头时,其最大轮轨力约为静轮载的2.77倍,小于线路设计时常选用的3倍动态系数;几何梯度法能够考虑实测钢轨焊接接头几何不平顺,与数值模拟结果一致,可用于钢轨焊接接头几何不平顺的快速评估。

基于敏感度的混合精度优化方法

现有高性能计算应用中浮点运算通常使用高精度浮点类型,但使用高精度会带来性能上的损失等额外开销,故可以采取降低程序中部分浮点变量的精度从而在满足精度需求的同时提升程序性能,但对于不同的浮点计算程序来说,用户在无策略的条件下较难确定哪些浮点变量能够降低精度。针对这一问题,提出一种基于误差敏感度的自动混合精度工具Miplex,相较于以往的混合精度工具,能够将找到有效混合精度方案的时间复杂度从O(N2)约束至O(N),从而快速找到满足误差需求的混合精度分配方案。实验结果表明,相较于现有的混合精度工具,最大获得了80.31%的性能提升;在x86和SW测试平台上相比较原始高精度程序也获得了最大为35.84%和33.12%的加速效果。