装配式混凝土U型钢筋环扣的连接长度

为研究装配式混凝土U型钢筋环扣连接的搭接长度,制作了1个现浇梁柱节点试件和3个不同搭接长度的U型钢筋环扣连接节点对比试件,进行低周反复拟静力试验,观察各试件的破坏模式,研究其滞回性能、承载力、变形能力及钢筋的应力发展过程,分析装配式混凝土U型钢筋环扣连接的合理搭接长度。结果表明:装配式节点试件承载力高于现浇节点试件;不同搭接长度试件的延性及耗能能力有所不同,搭接长度的增长有利于试件承载力、延性和耗能能力等抗震性能的提升;基于试验结果,拟合回归了U型钢筋环扣连接的合理搭接长度,对装配式混凝土U型钢筋环扣连接节点的优化设计提出了建议。

轮轨接触关系对货运小半径曲线钢轨磨耗和疲劳伤损的影响

针对货运小半径曲线钢轨的磨耗和疲劳伤损问题,通过长期跟踪测试获得小半径曲线钢轨的廓形和表面状态演变规律,建立基于实测轮轨参数的货运车辆-曲线轨道系统耦合动力学模型;利用动力学仿真手段,研究小半径曲线钢轨不同磨耗阶段的轮轨接触关系变化规律,以及轮轨蠕滑作用变化对钢轨磨耗、接触疲劳伤损的影响,并分析小半径曲线钢轨的合理润滑时机。结果表明:曲线上股钢轨磨耗在服役初期以垂磨为主,后期以侧磨为主;曲线下股钢轨以垂磨为主,垂磨速率与上股钢轨基本相当;随着钢轨磨耗的增大,轮对横移量、轮轨接触范围和钢轨光带宽度均逐渐增大,曲线上股钢轨的工作边轮轨蠕滑作用也逐渐增大且磨耗占主导地位,不易出现接触疲劳伤损,曲线下股钢轨的表面伤损程度不断减轻;曲线上股钢轨出现侧磨后再进行润滑作业,既能降低侧磨速率,又能降低接触疲劳损伤发生的概率。

重载铁路用钢轨夹杂物临界尺寸研究

列车轴重的提高,对钢轨的纯净度提出了更高要求。为了探讨夹杂物对钢轨使用寿命的影响规律,建立钢轨有限元模型,分析夹杂物形状、深度及尺寸对钢轨应力的影响;通过FE-SAFE疲劳仿真软件,分析夹杂物对钢轨疲劳寿命的影响,计算夹杂物引起钢轨疲劳损伤的“半径-长度”曲线。结果表明:夹杂物棱角越小,越易引起钢轨局部应力集中;夹杂物与钢轨踏面之间距离越大,钢轨最大应力越小;夹杂物受载面积越大,对钢轨应力的影响越明显,夹杂物内切圆半径对钢轨应力状态的影响更大;25 t轴重下,钢轨疲劳寿命与夹杂物内切圆半径的3次方成反比,与夹杂物长度的2次方成反比,夹杂物内切圆半径相比长度对钢轨疲劳寿命的影响更大;钢轨踏面下5 mm深度处Al2O3夹杂物的“半径-长度”临界尺寸组合分别为“20μm-1 620μm”“60μm-395μm”及“100μm-207μm”,在钢轨检验中应关注超尺寸的大型夹杂物。

时速400 km高速铁路钢轨不平顺合理限值

考虑轮对和轨道弹性建立车辆-轨道耦合动力学模型,计算分析了不同车辆运行速度下不平顺波长和幅值对轮轨垂向力和轮重减载率的影响。结果表明:车辆通过钢轨不平顺区段时轮对呈抬升-下降-回弹变化,轮轨垂向力出现多个极值。轮轨力和轮重减载率随车辆速度和钢轨不平顺幅值的增大而增大,随不平顺波长的增大而减小;钢轨不平顺幅值超过0.2 mm,不平顺波长小于0.3 m时,轮轨垂向力和轮重减载率随不平顺波长减小或不平顺幅值增大而迅速增大,接近安全限值。根据轮轨垂向力和轮重减载率的限值要求,建议400 km/h条件下钢轨不平顺幅值的限值取0.2 mm,重点关注波长小于0.3 m的短波不平顺。

迈克尔逊干涉仿真平台的设计与应用

对动镜与定镜非垂直时的迈克尔逊干涉因素进行简单分析,并基于Matlab语言设计迈克尔逊干涉GUI仿真平台,通过观察两镜非垂直时的干涉图样随影响参数的变化,期望能够帮助学生加深对迈克尔逊干涉现象的理解,增强学生的学习兴趣,提高教学效率。

型钢连接装配式混凝土框架结构设计方法研究

型钢连接方式解决了传统装配式混凝土构件间连接存在的质量隐患。因此,采用强度叠加原理,对型钢连接预制混凝土构件的抗弯和抗剪承载力计算公式进行了推导,并与试验研究结果进行了比较,验证了计算公式的计算精度;根据静力平衡条件,对型钢部位混凝土保护层厚度、钢筋与型钢间的连接焊缝长度等力学指标进行了分析;根据理论研究和试验研究结果,总结了型钢连接装配式混凝土框架结构设计方法。研究结果表明:型钢连接装配式混凝土框架结构传力可靠、质量可控、设计简便,可用于工程应用。

高速铁路钢轨磨耗对动车组动力学性能的影响

基于长期跟踪测试结果,分析了高速铁路直线和曲线线路钢轨磨耗规律,并结合钢轨磨耗特征拟合出典型钢轨廓形,建立基于实测参数的动车组车辆系统动力学模型,仿真分析了钢轨磨耗对车辆运行稳定性和平稳性的影响。结果表明:高速铁路直线与大半径曲线线路磨耗速率基本相当,磨耗和磨耗范围均随通过总质量增加而增大;小半径曲线线路钢轨以上股侧面磨耗为主要特征,曲线半径越小则钢轨磨耗越严重,采用更高强度等级的钢轨可使磨耗速率降低70%左右,能够有效延长钢轨使用寿命;直线线路钢轨垂向磨耗对车辆运行稳定性和平稳性的影响总体上较小,各项车辆运行稳定性指标均远低于限值,等效锥度和横向平稳性随钢轨垂向磨耗增加而略有增大;曲线线路钢轨磨耗对车辆系统横向动力学性能影响明显,磨耗接近限值时构架横向加速度相对于无磨耗时增大80%以上。

高速铁路钢轨常规打磨和快速打磨综合运用策略及实践

针对常规打磨和快速打磨引起的问题,结合钢轨母材百米周期性不平顺的实际情况,系统地分析了常规打磨和快速打磨的优缺点;根据常规打磨和快速打磨的技术特点,提出了常规打磨和快速打磨综合运用的打磨策略,并开展了打磨实践应用。结果表明:采用常规打磨+快速打磨的打磨策略进行钢轨预打磨作业,既可以优化轨头廓形,改善轮轨匹配关系,又可以提高线路平顺性,降低线路轨道质量指数,避免出现常规打磨引起弹条扣件断裂和快速打磨引起动车组异常振动的情况;采用快速打磨和常规打磨相结合贯通打磨为主、小型打磨机具局部打磨为辅的打磨策略进行钢轨预防性打磨作业,可以有效解决钢轨母材百米周期性不平顺的问题,确保钢轨打磨廓形满足目标廓形要求,保证良好的轮轨接触关系,提高动车组的运行品质。

变形牛顿环实验仿真平台设计及实现

根据牛顿环干涉原理,利用MATLAB GUI设计了变形牛顿环实验仿真平台,不仅可直观地观察和对比牛顿环的曲率半径、透镜距离、介质折射率、入射波长等参数对干涉图样的影响,还可实现干涉图样随影响因素的动态变化,这为等厚干涉的课堂教学手段提供了有益的补充,对增强学生的学习兴趣和提升学生的创新能力也起到一定的帮助。

MATLAB App Designer在法布里-珀罗干涉实验中的应用

基于法布里-珀罗(F-P)多光束干涉原理,利用MATLAB设计了基于F-P干涉实验的可视化App仿真界面,不仅可复现F-P腔长、入射波长、透镜焦距等参数对F-P干涉图样的影响及实时动态展示,还可观察周围介质折射率、F-P腔折射率与干涉图样的关系,并能进行多波长分辨率和微小波长差测量实验的演示.这些直观形象的模拟结果展示,将有助于改善多光束干涉理论及实验教学效果.

我国铁路钢轨型面优化研究

针对我国铁路轮轨匹配存在的问题,研发了钢轨打磨设计廓形60D和新轨头廓形钢轨60N。优化后的轨头廓形与LM、S1002CN和LMA型面车轮接触时的光带基本居中,轮轨接触应力显著降低,可有效抑制车轮踏面凹磨后等效锥度的增大,提高车辆运行稳定性。高速铁路按廓形60D打磨到位,钢轨打磨周期可延长至4~5年,且不易出现动车组构架报警和车体晃车。60N钢轨在普速铁路上的铺设使用结果表明,在直线上运行轮轨接触光带居中,在曲线上运行可有效避免或抑制钢轨使用初期轨距角剥离掉块及疲劳核伤;在高速铁路试验段的铺设使用结果表明,采用1遍预打磨后钢轨服役近5年,光带保持在30mm左右,从未出现动车组构架报警和车体晃车,可有效改善轮轨匹配关系,大幅降低轮轨维修养护成本。建议加快新轨头廓形钢轨系列化,以尽快在我国铁路形成统一的钢轨轨头廓形。

U75V钢轨锯切断裂原因分析

针对从U75V钢轨顶面垂直锯轨至接近轨底处时,轨腰下部及轨底出现垂直断裂的现象,通过对锯切断裂钢轨断口进行宏观观察、微观扫描和金相组织检验,并采用有限元仿真方法对钢轨锯切过程中和采取不同支垫方式的受力进行分析,研究钢轨锯切断裂产生的原因并提出预防措施。结果表明:裂纹起源于钢轨轨腰三角区、夹角为45°锯切休止痕的中间位置;因支垫方式不当,锯切到断口位置时,由重力作用引起的锯口局部区域应力值大于钢轨的拉伸强度,锯口表面裂纹尖端应力强度因子(57~140 MPa·m^(1/2))远大于钢轨母材的断裂韧性(36.6 MPa·m^(1/2)),导致钢轨瞬时开裂;通过在钢轨重心位置处进行支垫的方式可消除重力引起的钢轨变形,有效避免锯切时的断裂现象。

轮轨滚动接触疲劳损伤机制与预测方法研究

随着列车运行速度和轴重的提高,轮轨接触疲劳问题成为铁路研究的重点和难题,它不仅增加车轮和钢轨维护成本,还直接危及列车行车安全。针对常见的轮轨接触疲劳损伤类型与损伤机制进行了较为全面的总结,分析了目前轮轨接触疲劳损伤的主要预测方法和模型。从轮轨材料、第三体介质和环境温度3个方面综述了轮轨接触疲劳损伤的形成机制,分析了用于预测轮轨接触疲劳损伤的安定图与损伤函数等方法模型,探讨了未来轮轨接触疲劳损伤预测亟需开展的研究内容。

我国典型高速铁路轮轨型面变化规律及匹配特性

为系统掌握我国高速铁路轮轨型面变化及匹配特性,在京沪、武广、哈大、兰新、贵广、丹大等6条典型高速铁路上,选择172个钢轨型面测点和6列动车组的384个车轮,进行为期2 a的现场测试。基于实测数据,应用数理统计方法分析钢轨和车轮的磨耗特性,并使用实测钢轨型面进行1个镟轮周期内的轮轨匹配等效锥度分析。结果表明:高速铁路曲线半径大于2495 m时,直线和曲线钢轨磨耗速率基本相当;对于年通过总重小于11 Mt的线路,钢轨垂直磨耗不足0.01 mm;曲线半径小于800 m的钢轨磨耗速率明显增大;哈大线、兰新线和丹大线的动车组车轮踏面磨耗较大,踏面平均磨耗速率约为0.05~0.06 mm·(万km)^-1,而京沪线、武广线和贵广线约为0.03~0.035 mm·(万km)^-1;车轮磨耗范围较小时,等效锥度随车轮踏面磨耗的增大而增大,车轮磨耗范围较宽时,轮轨接触点分布均匀,等效锥度随车轮踏面磨耗的增大没有明显的增大趋势。

基于改进层次分析法的高速列车轮轨型面匹配评价方法及应用

针对缺乏轮轨型面匹配评价综合方法这一问题,提出基于改进层次分析法的高速列车轮轨型面匹配评价方法。选取涉及轮轨接触和车辆动力学的11个参数作为评价指标,建立层次分解模型;采用专家打分的方式建立判断矩阵,对判断矩阵进行修正并通过计算其最大特征值的特征向量确定各项评价指标的权重;设计仿真工况进行车辆动力学仿真,对评价指标的仿真结果进行归一化处理,通过加权得到轮轨型面匹配的综合评价结果。评价结果与仿真计算结果直观表现相一致,验证了评价方法的可靠性。采用此方法对LM_A和S1002CN车轮设计型面及实测型面分别与60N和60D钢轨设计型面和正负偏差包络线的匹配状态进行评价,结果表明:LM_A车轮型面与60N和60D钢轨型面的匹配状态相差不大,而S1002CN车轮型面与60N钢轨型面的匹配状态优于60D钢轨型面;2种车轮型面与2种正偏差钢轨型面的匹配状态均优于各自的负偏差钢轨型面;S1002CN车轮型面的匹配稳定性不如LM_A车轮型面。

海南环岛高速铁路动车组晃车原因分析及整治措施

针对海南环岛高速铁路东段CRH1型动车组晃车的情况,分析了晃车严重区段的轨道几何尺寸、焊接接头平直度、钢轨光带及轨头廓形。研究结果表明:钢轨轨头廓形异常(内侧工作边R80和R13圆弧处明显凹陷)和等效锥度过小(仅为0. 075)将造成轮轨匹配关系不良,表现为钢轨光带不居中,偏向轨距角侧,直线地段出现左右股钢轨光带周期性交替侧磨;车轮与钢轨非正常接触是导致CRH1型动车组晃车的主要原因。据此提出了钢轨打磨整治措施,并制定了详细的钢轨打磨方案以修正轨头廓形,使等效锥度由0. 075提高到0. 115,达到轮轨匹配等效锥度的合理范围0. 08～0. 35,改善了轮轨接触关系,解决了动车组晃车的问题。

基于超材料的太赫兹波段多频吸收器

基于闭合三圆环结构,设计了一种太赫兹超材料吸收器。研究表明,该超材料设计单元在0. 5 THz～2. 5 THz范围内表现出显著的多频吸收的性能,对应三个频率的吸收率都达到98%以上。通过改变单元结构金属环的径向宽度发现,随着金属环径向宽度的增加,对应的吸收频率会发生一定程度的蓝移,当径向宽度为3μm时,单元结构吸收性能最佳,达到99%以上。研究结论为太赫兹吸收器的研究提供参考。

大秦铁路重车线U78CrV钢轨锈蚀断裂原因分析

针对大秦铁路重车线U78CrV钢轨锈蚀断裂的问题,分析了钢轨锈蚀的原因,然后对不同材质钢轨的耐蚀及抗断裂性能进行试验研究,对钢轨断裂原因进行了探讨。试验结果表明:隧道漏水会导致局部钢轨轨底锈蚀;冬季使用含有Cl-的防冻液则会加剧钢轨的锈蚀;曾出现过断轨的U78CrV钢轨和其他材质钢轨相比有着相对较差的耐应力腐蚀性能及抗断裂性能;钢轨轨底在环境因素的影响下发生锈蚀并形成锈蚀坑,在钢轨内部拉应力(温度应力及残余应力)以及大轴重列车通过钢轨时产生的动弯曲应力的作用下,轨底锈蚀坑会成为应力集中点而形成裂纹源,当钢轨材质抗断裂性能不足时裂纹扩展较快,最终导致断裂。

基于破壁机电机风道优化设计的实验和数值模拟研究

现有破壁机通过刀片的高速转动实现将食材打碎的目的,电机在带动刀片高速转动的同时其自身也会产生大量的热量,其自身振动会产生较大的噪声。以市面上某型号破壁机为例,通过实验和数值模拟的方式研究了其在标准测试条件下电机的温度和破壁机基座的噪音。测试结果显示,原始样机电机冷却风流量为43.59 m^(3)/h,电机的最高温度处于其允许运行温升临界值,基座噪音在15000 r/min时为80.35 dB。在原始样机的基础上,通过减小电机罩与电机的间隙、改用剖分电机罩以及减小风扇与基座底盖间距等方式来降低电机运行过程的温度及基座噪音。实验结果显示,电机罩与电机间隙为3.33 mm,剖分电机罩和抬高基座底盖可使电机温度满足运行温度要求,同时将基座噪音降低至75.03 dB,显著提升破壁机的使用体验。

钢轨廓形偏差对动车组构架横向振动的影响

基于实测高速铁路轮轨型面数据,分析不同偏差的钢轨廓形分别与新车轮、磨耗车轮匹配时的轮轨匹配状态,通过动力学仿真对比了不同轮轨型面匹配条件下动车组构架横向振动加速度时频特性。结果表明,不同轮轨型面匹配条件下的名义等效锥度随负偏差减小而增大,随正偏差增大而增大;不同偏差钢轨廓形对应轮轨接触点分布与现场钢轨光带分布特征对应,负偏差钢轨廓形对应轮轨接触范围相对集中,正偏差钢轨廓形对应的轮轨接触范围相对分散;钢轨廓形偏差由-0.4 mm到+0.8 mm,构架横向振动加速度呈现明显增大趋势,较大正偏差钢轨廓形与磨耗车轮匹配时构架横向振动幅值和振动剧烈程度明显增大,正偏差增大可能引起构架蛇行失稳,出现8~10 Hz的抖车频率特征;构架横向振动加速度随车速提高而增大;较大负偏差钢轨廓形与新车轮匹配时,车速提高将增大构架1.5 Hz低频振动幅值,加剧构架横向振动,增加车辆低频失稳风险。