基于PSO-LSTM的重载铁路车轨桥系统随机振动响应预测方法

在车桥系统随机振动分析中,随机动力响应是评价行车安全性的关键因素之一,而现有的响应计算方法存在耗时长、成本高的问题。能够快速准确预测车-轨-桥系统的动力响应对重载铁路桥梁的状态评估和运维养维具有重要意义。本文提出了一种基于粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)长短期记忆(Long Short-term Memory,LSTM)神经网络模型的重载车桥系统随机振动响应预测方法。该方法以车桥随机参数与轨道随机不平顺激励为输入,以桥梁动力响应为输出构造代理模型。首先,基于商业软件MATLAB平台构建PSO-LSTM网络模型;其次,通过建立的车-轨-桥系统随机振动分析模型计算初始样本集对应的随机动态响应,并进行模型训练,同时利用PSO算法优化LSTM结构参数;最后,使用训练好的PSO-LSTM模型对桥梁动态响应进行预测。为了验证本算法的优越性和鲁棒性,以朔黄重载铁路实测数据为例,对比本算法与BP(Back Propagation)神经网络、GRU(Gated Recurrent Unit)神经网络和LSTM神经网络的预测效率,并讨论不同车速下的预测情况,开展本模型与实测数据及有限元分析数据的对比分析。研究结果表明:在PSO优化下,LSTM模型预测结果得到一定的改善,PSO-LSTM模型拟合相关性系数可以达到0.97,其他评价误差值也均小于BP神经网络、GRU神经网络模型,本文模型可更高效准确地预测桥梁随机动力响应,可为进一步发展车-轨-桥系统随机振动响应预测理论提供技术支持。

600公里时速磁浮线路行车一体化模拟技术与随机动力性能评估

1科学问题背景经过30多年的发展,我国自主研发的中低速EMS磁浮列车关键技术已经成熟.2019年5月23日中国时速600km/h高速磁浮试验样车在青岛下线,这标志着我国在高速磁浮技术领域实现重大突破.同时,超高速磁浮列车(600km/h)可以填补航空与高铁客运之间的旅行速度空白,大力发展我国高速磁悬浮技术将在技术带动和国际竞争中具有重大的战略意义.

地震激励下列车-轨道-隧道-土体相互作用系统动力分析

为研究地震激励下列车-轨道-隧道-土体相互作用系统的动力学行为,建立三维列车-轨道-隧道-土体耦合时变动力学模型,以不同强度的地震波和轨道不平顺为系统激励源,通过实际地震动记录进行规格化处理纵向、横向和垂向地震动波,分析不同土质条件、地震强度下列车-轨道-隧道-土体系统动力响应特征。研究结果表明:地震作用可显著增大隧道内列车动力响应,在不同土质条件下,横向轮轨力的波动较无地震激励时显著增大,波动幅度平均增加92.23%,而垂向轮轨力的波动幅度平均增加7.14%,车体垂向、横向加速度分别增大89.50%和25.93%;在不同地震强度下,轮轨横向力与轮轨垂向力在地震强度为0.40g时达到最大,分别为46.760 1 kN与94.8637 kN,相较于地震强度0.35g时分别增大182.68%与5.35%,脱轨系数相较于地震强度0.35g时增幅达到168.28%;地震下土体振动呈放大效应,土体弹性模量较外部激励对放大系数的影响十分显著,其中,放大系数在土体弹性模量最大时为4.080 4;隧道的存在会隔断土体振动传播,隧道顶部土体加速度较隧道底部土体加速度降低约86%。

车辆循环动载下高速铁路路基累积变形预测研究

高速铁路路基在车辆荷载反复作用下不可避免地产生累积变形,影响铁路轨道-路基结构服役性能和车辆运行品质。为探明高铁路基在循环车辆动载下的累积变形空间分布特性和长期发展规律,建立车致路基累积变形预测模型,其主要由2个子模块组成:1)基于多体动力学和有限单元法建立的高速铁路车辆-轨道-路基耦合时变动力学模型;2)基于建立的车辆-轨道-路基动力相互作用模型,引入路基累积变形预测模型,利用循环跳跃的方式预测不同车辆荷载累积次数下路基的累积变形及其空间分布规律。2个模块的交互方面,在每次循环跳跃后,将路基累积变形空间映射至轨道,形成轨面附加几何不平顺,并同步更新迭代系统动力矩阵,建立了车致路基累积变形与系统动力响应之间的关联关系。研究结果表明:本文提出的计算模型可较好地揭示路基土体累积变形在循环车辆动载下的演化规律;采用循环跳跃的方法可更为真实准确地预测路基的累积变形,其计算的路基累积变形最大值为2.6069 mm,而未采用循环跳跃方法计算出的累积变形最大值则为1.7 mm,低估了34.8%。路基累积变形在前期发展较快,后期由于土体被不断夯实,累积变形的演化呈现减缓趋势,累积变形速率从1次加载0.035 mm减小到1次加载小于10^(-6)mm;在路基具有初始不均匀变形的区域内,路基累积变形的幅值大于路基没有初始不均匀变形的区域;路基的累积变形对系统的垂向动力响应的影响显著,动力响应表现为增大的趋势;对于系统的横向振动,累积变形的影响较小。本文提出的方法和研究结果可为高速铁路路基不均匀累积变形控制和预测提供技术支撑。

基于金刚石氮-空位色心的新型钢筋检测方法

针对传统混凝土钢筋探测仪检测深度大多在100 mm以下且误差较大的问题,基于量子精密测量中金刚石氮-空位(NV)色心体系搭建了新型钢筋检测实验平台。金刚石NV色心因其优异的自旋性质和光学特性,对磁场有极高的分辨率。使用532 nm波长激光和微波对金刚石进行激光激发及微波调控,金刚石中的NV色心探测被测磁场,通过扫描光探测磁共振谱(ODMR)得到反射的微波功率,从而计算钢筋的尺寸及位置信息。结果表明自制的微波天线在2.87 GHz谐振频率下的回波损耗(S11)为-9.297 dB,在150 mm深度完成混凝土中钢筋位置、个数和直径的检测,钢筋位置平均误差≤4.3 mm,钢筋直径误差≤2.7 mm。

金属表面裂纹的氮-空位色心漏磁检测

基于氮-空位(NV)色心对磁场的敏感特性,以含浓度1~2 ppm(百万分之一)NV色心的金刚石量子传感器为核心,微波共振扫频激发NV色心的量子自旋为基础,通过优化的共聚焦光路激发NV色心来收集反射回的含磁场信息的光信号,以3块板卡组成控制采集模块对信号进行滤波处理和可视化处理,搭建一套量子精密测量系统。采用该量子精密测量系统完成0.1~1 mm深度下和5~15 mm提离值下的金属表面裂纹检测。试验结果表明,该系统的磁场测量灵敏度达6 nT·√Hz^(-1),可完成最小深度为0.1 mm和最大提离值为15 mm的金属表面裂纹检测,为金属表面裂纹的工业检测提供了一种新方式。

两种肿瘤化疗药物对七种常见致病菌的抑菌性分析

目的研究细菌与肿瘤化疗药物共培养下的生长情况及奥沙利铂与盐酸吉西他滨这两种肿瘤化疗药物对7种常见致病菌的抑菌作用。方法采用大肠埃希菌(ATCC25922)与一系列浓度的奥沙利铂共培养,在一定的时间间隔(0、2、4、6、8、10、12、24 h)监测细菌,绘制生长曲线;采用96孔板的微量细菌药敏试验方法,7种常见致病菌的标准菌株大肠埃希菌(ATCC25922)、肺炎克雷伯菌(ATCC700623)、金黄色葡萄球菌(ATCC25913)、铜绿假单胞菌(ATCC27853)、产气肠杆菌(ATCC13048)、鲍曼不动杆菌(ATCC19606)、粪肠球菌(ATCC29212)分别与两种肿瘤化疗药物奥沙利铂、盐酸吉西他滨进行药敏试验,检测其MIC50和MIC90。结果在高浓度的奥沙利铂(800 mg/L和1000 mg/L)存在下,细菌的生长明显受到抑制,出现负增长;中间浓度的奥沙利铂(80 mg/L)存在下,细菌的生长曲线明显较对照组有所减缓;低浓度的奥沙利铂(0.032 mg/L、1.6 mg/L)存在下的生长曲线与对照几乎吻合。奥沙利铂对大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌、金黄色葡萄球菌、鲍曼不动杆菌、产气肠杆菌、铜绿假单胞菌、粪肠球菌的MIC50分别是:125、31.25、125、125、125、31.25、31.25 mg/L;MIC90则分别为250、125、1000、500、250、250、125 mg/L。盐酸吉西他滨对大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌、金黄色葡萄球菌、鲍曼不动杆菌、产气肠杆菌、铜绿假单胞菌、粪肠球菌的MIC50分别是:1000、1000、62.5、500、500、62.5、62.5 mg/L;MIC90则分别为2000、4000、1000、1000、2000、1000、500 mg/L。结论奥沙利铂在一定浓度上对大肠埃希菌的生长存在抑制作用;奥沙利铂和盐酸吉西他滨在体外试验中,对7种常见致病菌大肠埃希菌、肺炎克雷伯菌、金黄色葡萄球菌、鲍曼不动杆菌、产气肠杆菌、铜绿假单胞菌、粪肠球菌均具有不同程度的抑菌作用。

水泥基渗透结晶型防水材料研究进展综述

水泥基渗透结晶型防水材料具有耐久性好、防水效果佳和绿色环保等优点,广泛应用于水泥混凝土工程防水和抗渗等病害治理。总结了水泥基渗透结晶型防水材料的活性物质作用机理、反应历程、组分种类及其含量、合成制备和性能测试等方面的研究成果。重点介绍了水泥基渗透结晶型防水材料的各类活性物质种类与分类方法,探讨了不同测试方法和性能指标的适用性。归纳出现有研究存在问题主要体现为CCCW的作用机理研究不充分、缺乏活性组分优选方法和判定准则、缺少活性物质之间的相容性和协同工作性能研究、欠缺适宜的性能评价指标等。研究成果可为水泥基渗透结晶型防水材料的组分设计、合成制备及其工程应用等提供理论依据和技术支撑。

曲线导轨上高速磁浮列车运动稳定性

研究了高速磁浮列车在定常气动荷载作用下曲线上的运动稳定性。建立了考虑气动荷载影响的高速磁浮车在曲线导轨上的动力学模型,经过特征值分析提出了磁浮车的临界速度概念,分析了临界状态时车速、控制参数、气动系数对高速磁浮车曲线导轨上的临界速度影响。结果表明:当系统达到临界状态时,它有两个临界速度。在临界状态条件,位移控制参数由20000 kN/m降为2000 kN/m,气动系数从0.05降为0.01,第一类临界速度变大。第一个临界速度出现特征值的实部为零而虚部不为零,第二个临界速度出现在特征值的实部和虚部都为零。失稳是由于偏离平衡位置引起的,位置由曲线导轨特征和侧风荷载产生。气动升力和向心的风荷载会提高稳定性;气动降力和离心的风荷载会降低稳定性;水平角可与向心力配合,竖直角允许设置的范围小。

轨道梁参数随机的磁悬浮列车-轨道梁系统概率密度演化分析

为研究轨道梁随机参数对磁悬浮系统动力响应的影响,建立磁悬浮车辆-控制器-轨道梁时变随机动力分析模型,考虑轨道梁弹性模量、质量密度和阻尼比的随机性,采用数论选点法构造S维代表点集,运用Voronoi区域剖分概率空间并赋予点集初始概率,进而建立响应的概率密度演化方程。采用Newmark-β法和带TVD(total variation diminishing)格式的双边差分法求解概率密度函数、标准差、均值和满足99.75%概率保证率的响应最大值。首先采用文献结果和随机模拟法验证了模型的计算精度和效率,然后研究轨道梁随机参数和车速对车桥动力响应的影响。结果表明:基于概率密度演化理论的随机模型高效准确,与随机模拟法相比计算效率提高1~2个数量级;考虑轨道梁随机参数影响的车桥响应呈现明显的随机演化特征,响应的敏感程度为:轨道梁跨中加速度>轨道梁跨中位移>车体位移>电磁悬浮力;车桥随机响应受车速影响较大;随机弹性模量对车辆竖向振动有主导作用,随机阻尼比和质量密度的影响很小但不容忽略。

多维地震作用下结构的瑞利阻尼系数实用计算方法

瑞利阻尼模型广泛应用于结构的多维抗震计算中,阻尼系数计算方法影响地震响应。因此,有必要对多维地震作用下结构的瑞利阻尼系数实用计算方法进行研究。首先,基于单维地震激励应变能时程响应,求得任意阶振型对应应变能响应的最大值,并结合完全平方和平方根(Complete Quadratic Combination,CQC)振型组合方式,得到单维地震激励应变能响应计算方法。在此基础上,利用平方和平方根(Square Root of Sum of Square,SRSS)多维组合方法和等价处理,构建振型阻尼比变化量平方的新型权重因子,并提出了瑞利阻尼系数实用计算方法。分别以带楼板的塔式结构和不带楼板的K8单层球面网壳结构为例,对瑞利阻尼系数实用计算方法和已有基于应变能响应阻尼系数算法进行了比较。结果表明:应用瑞利阻尼系数实用计算方法求得的各类结构的节点位移和杆件内力误差均较小,且计算效率更高;所提出的瑞利阻尼系数实用计算方法是合理的,可应用于结构多维抗震计算。

空间异面交错滚筒系统现场动平衡试验台设计

为探索联合收割机空间异面交错多滚筒系统在复杂传递下的动平衡问题,以国产横置切流与纵置轴流组合式多滚筒谷物联合收割机的空间异面交错脱粒系统为研究对象,设计了一种空间交错的多滚筒试验台及其配套的电路控制系统。试验台主要用于测试脱粒滚筒在多种工况下的动平衡,可以实现对长轴滚筒的现场动平衡试验、短轴滚筒动平衡试验以及多滚筒并联时的动平衡试验。工作时,各个脱粒滚筒之间的传递方式包括带传动、链传动和锥齿轮传动,也可以根据所研究的侧重点和方向改变相应的传递方式。此外,脱粒滚筒系统内部各个转动单元均在不同平面内传递动力,组成了一个空间异面交错结构,这对空间异面交错系统的动平衡研究具有重要意义。

自我效能的发展与足球基本技能认知关系的研究

以云南普通高校体育专业2020级体育教育足球普修班学生为研究对象,通过构建自我效能在足球普修课教学中的实验研究,分析自我效能对足球基本技能学习的作用机制。得出了如下的结论:通过进行足球普修课的学习可以提高学生的一般自我效能水平;传统教学方式和自我效能干预对学生学习掌握足球基本技术都有帮助;自我效能发展与足球技术认知有高度相关性,相对于传统教学方式对学生学习足球技术影响更大。

车桥耦合振动的拱桥吊杆应力冲击系数分析

基于车桥耦合振动理论及地基微波雷达现场试验,研究了高速铁路拱桥的吊杆应力冲击系数。列车和轨道-桥梁模型分别采用刚体动力学和有限元方法建立,两子系统间通过轮轨线性Hertz接触理论实现耦合。采用地基微波雷达对吊杆两端位移进行测试,分析得到桥梁动力特性、吊杆应力时程及其冲击系数。对比地基微波雷达试验数据,验证理论模型的正确性,并基于该模型分析车速、单双线行驶和轨道不平顺对吊杆应力冲击系数的影响规律。结果表明:吊杆应力冲击系数随车速的增加而增大,当车速为300km/h时车桥共振导致吊杆应力冲击系数显著增大;德国低干扰轨道谱样本对吊杆应力冲击系数影响较小,但随着轨道平顺性的劣化,吊杆应力冲击系数显著增大。

CRTSⅢ型板式无砟轨道复合板横向弯曲试验研究

为研究CRTSⅢ型板式轨道体系中轨道板与充填层形成复合板的复合受力性能,利用与实际工程相同的材料及工艺制作一个足尺CRTSⅢ型板式轨道体系模型,沿横向切割形成单承轨台和双承轨台的轨道板-自密实混凝土(SCC)充填层复合板试件,对试件开展复合板的横向三点弯曲静载试验研究,得到横向弯矩作用下轨道板与充填层的应力分布、变形发展规律及破坏形态。结果表明,横向弯矩作用下复合板试件的受力破坏表现出明显的两阶段特征:界面滑移之前轨道板与充填层能整体协同受力和变形;界面发生滑移后,轨道板与充填层表现出叠合受力的特征。轨道板板底粗糙度、门形筋数量是决定轨道板与充填层界面黏结滑移行为和复合受力性能的两个关键因素。

重载列车作用下CRTSⅢ型板式轨道结构力学特性试验研究

通过建立CRTSⅢ型板式无砟轨道结构1:1足尺试验模型,开展30 t轴重列车作用下轨道结构力学特性试验,获得800万次疲劳试验后轨道结构力学性能演化特征。研究结果表明:疲劳荷载作用下,CRTSⅢ型板式无砟轨道各层动力响应基本呈逐渐增加之势;800万次疲劳荷载作用后,扣件竖向动、静刚度分别增加24.77%和23.94%,竖向动静刚度比变化不明显;隔离层竖向动、静刚度分别增加152.27%和136.11%,动静刚度比减小6.4%;底座竖向加速度最大值增加67.4%;底座混凝土板中处拉、压应力最大值分别增加55.6%和26.3%。研究成果对于开展重载铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道结构研究具有参考价值。

循环温度荷载下无砟轨道结构模型试验研究

为研究循环温度荷载下无砟轨道结构层间离缝产生与扩展规律,以及离缝对轨道结构受力性能的影响,制作了三跨无砟轨道-简支梁桥结构1/4缩尺模型,开展了18次循环温度荷载试验。并在循环温度试验前后分别对结构进行了2次静力加载试验,对比分析结构体系受力特性发生的变化。试验结果表明:循环温度荷载作用下,梁端处轨道板与CA砂浆之间产生离缝,并向跨中呈“阶梯状”逐渐延伸,历经萌生、扩展和稳定三个阶段。随离缝长度增加,相同温度荷载下,梁体上拱度逐渐减小,而轨道结构上拱度逐渐增大,在离缝的萌生、扩展和稳定三个阶段,轨道结构的刚度呈现慢-快-慢的速度逐渐减小。经18次循环温度荷载作用后,轨道结构的刚度降低了14. 96%,无砟轨道-桥梁结构体系整体刚度降低了2. 52%。

全干法连接装配式夹芯剪力墙结构抗震性能研究

为拓展全干法螺栓连接装配式足尺夹芯剪力墙结构抗震性能方面的研究,本文对6片夹芯剪力墙试件(3片单片墙试件、3片拼装试件)进行了拟静力试验,对比分析其破坏形态、承载能力、滞回性能、延性、刚度退化和耗能能力的差异.研究结果表明:试件破坏形态表现为弯曲破坏,加载后期一字型试件出现了明显平面外错位现象,加载过程中各试件的连接件螺杆均尚未屈服.轴压比相同时,装配单片墙试件与现浇试件相比具有更高的承载力和峰值刚度,但延性和耗能能力有所降低.提高单片墙试件的轴压比时,承载力、刚度和加载后期耗能均有显著提高,但延性略有降低.拼装试件的承载力和耗能能力均优于相同轴压比的装配单片墙试件,延性虽有所降低,但高于配筋砌块砌体剪力墙试件.装配单片墙试件的开裂-屈服阶段和屈服-峰值阶段的刚度退化程度相差较小,而拼装试件的开裂-屈服阶段和屈服-峰值阶段的刚度退化程度差异显著,其刚度退化主要发生在开裂-屈服阶段.采用ABAQUS对单片夹芯剪力墙进行数值分析,分析结果表明:数值模拟所得到的混凝土压缩损伤分布和荷载-位移曲线结果与试验结果总体吻合较好,数值模型能够较好地反映试件的受力响应.可见此建模方式合理可靠,可用于后续进一步研究.

基于概率密度演化理论的磁浮列车−轨道梁耦合系统随机动力分析

为研究磁浮列车引起的轨道梁随机振动问题,建立磁浮车辆-控制器-轨道梁耦合系统时变随机动力分析模型,运用数论选点法(NTM)选取N-维代表性点集和随机谐和函数法(SHF)生成随机轨道不平顺时域样本,进而将概率密度演化理论(PDEM)引入磁浮动力分析系统,采用Newmark-β时程积分法和带TVD(total variation diminishing)格式的双边差分法求解概率密度函数、均值和标准差。以常导(EMS)磁浮列车通过三跨连续型轨道梁为例,基于MATLAB平台自主开发程序,计算车辆子系统和轨道梁子系统的随机动力响应及概率密度函数,采用Monte Carlo法(MCM)和文献计算结果验证本文模型的计算效率和精度,并对行车速度和支座刚度对系统随机动力响应的影响规律进行分析。研究结果表明:基于概率密度演化理论的磁浮系统随机动力分析模型具有很高的计算效率和精度,与Monte Carlo法相比,求解效率提高了1~2个数量级;在相同随机轨道不平顺激励下,轨道梁中跨跨中加速度、首车车体加速度、轨道梁中跨跨中挠度的概率密度曲线规则程度依次减小;系统随机响应随车速增大而增大,但并非呈线性增大;车辆和轨道梁动力响应均值随支座刚度增加而减小并逐渐趋于稳定;当采用较柔的支座时,响应将被放大。

温度荷载下桥上CRTSⅡ型无砟轨道结构层间位移试验研究

为研究温度荷载下,高速铁路简支梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构层间位移的分布特点,开展无砟轨道-简支梁桥1/4缩尺模型温度荷载试验。采用远红外加热灯管结合温控系统及温度传感器模拟升温过程和降温过程,分析实测温度模式下无砟轨道层间位移的分布规律。研究结果表明:随着温度升高,轨道板、CA砂浆和底座板三者之间的纵向相对位移整体呈非线性增大趋势;轨道板相对底座板,底座板相对于梁体,它们的纵向位移零点分别发生在L/8截面和3L/8截面上(L为跨度);位移零点处轨道结构层发生挤压,使轨道结构产生局部上拱;随着温度升高,轨道板与底座板之间、底座板与梁体之间竖向相对位移不断增大,竖向相对位移在L/4截面上出现峰值,梁体沿桥纵向随温度的升高逐渐上拱,当温度降低时,上拱位移逐渐减小。