基于交叉迭代法的车辆-轨道非线性空间耦合振动模型及算法改进

针对车辆-轨道非线性空间耦合系统动力学分析计算量大、计算耗时长及计算精度难以保证的问题,对车辆-轨道非线性空间耦合振动模型和交叉迭代法进行改进。运用有限元法分别建立车辆和轨道空间子系统动力学模型,在基于“迹线法”构建轮轨接触几何关系的基础上,提出“投影对点作差法”搜索轮轨空间接触点位置,并引入轮轨准弹性接触对其进行修正,精细化轮轨接触关系;结合车辆-轨道非线性空间耦合系统特点,改进基于Newmark数值积分的交叉迭代求解系统动力学方程的算法,并给出完整的数值计算步骤。通过与相关文献进行对比,验证改进模型和算法的有效性。结果表明:改进模型的分析精度更高,搜索轮轨空间接触点位置的速度更快;改进算法的计算过程更完善,步骤更清晰;改进的模型和算法在提高计算精度的同时,仍然具有较快的计算效率,且使数值编程更易实现,方便工程应用。

开普勒轨道航天器凸表面外热流通用计算方法研究

空间外热流对航天器热设计有重要影响,因此必须开展外热流分析,以确定热设计方案和热分析极端工况。使用开普勒轨道航天器凸表面外热流通用计算方法,将其应用于常用的平面、圆柱面、圆锥面和球面,采用解析法或数值积分法计算太阳直射热流,采用数值积分或随机法求解行星红外和行星反照热流,能有效简化计算过程。根据此方法分析了上述常用凸表面在常用姿态(+Z对地,-Z对日,偏航和复杂机动)的瞬态外热流结果。此外,以复杂机动姿态下的瞬态外热流分析为例,将基于此方法的圆柱面、圆锥面和球面的瞬态外热流分析结果与热分析软件计算结果进行了对比,对比结果表明计算结果相差不超过6 W/m^(2),相对误差不超过5%,充分说明了此方法的准确性。

基于惯性的轨道平顺性动态弦测法研究

高速铁路轨道平顺性直接影响列车运行安全性及舒适性,而弦测法则是指导轨道高低、轨向不平顺养护维修的直接方法,其结果可直观指导轨道精调。针对静态弦测法效率低、工作量大及动态惯性基准法难以在现场直观找到测量基准的问题,提出基于惯性的轨道平顺性动态弦测法。首先,基于惯性测量方法构建轨道平顺性动态短弦弦测值,通过矩阵推演动态长弦弦测值,并在国内主流GJ-6型轨道检测系统上实现应用;然后,分析动态弦测法误差来源,提出误差标准差计算式,得出动态弦测法误差标准差随基本弦长倍数成1.5次方增加;最后,通过轨道检测综合试验标定台模拟轨道不平顺激励验证10和20 m动态弦测值的稳定性。结果表明:10和20 m动态弦测值与等波长空间曲线幅值的平均倍比关系分别为2.007和2.045,符合中点弦测特性,可为轨道动静态检测关联分析提供理论及试验基础。

三维周期有砟轨道结构弹性波传播特性及波叠加法试验验证

为探究高速铁路有砟轨道结构中的弹性波波动行为,基于周期结构理论,采用广义平面波展开法,建立包含道砟在内的三维周期有砟轨道结构模型。然后,进行波叠加法的推导,从试验的角度反演弹性波的传播规律,验证三维轨道模型的正确性。在此基础上,计算并分析结构的能带分布以及道砟结构参数对轨道结构弹性波传播的影响。结果表明:广义平面波解析法与波叠加试验方法得到的能带分布结果基本吻合,所采用的方法正确可靠;三维有砟轨道低频阶段存在0~62,63~138,160~169和181~224 Hz共4个局域共振带隙;道砟对轨道结构频散特性的影响主要集中在低频阶段,提高道砟剪切刚度会增强结构在带隙频段内的衰减能力,剪切刚度从50 kN·mm^(-1)增至90 kN·mm^(-1),频带隙的总宽度则从180 Hz减至170 Hz,带隙宽度减小率不断提高;道砟参振质量主要影响2阶、4阶带隙的宽度,单个道砟参振质量考虑为500 kg时低频带隙宽度最大,对振动的衰减量也最大,而当它从500 kg增至800 kg时低频带隙总宽度则减小8.9 Hz。

城市轨道交通轮轨力间接测量法仿真验证

针对现有传统轮轨力直接测量法测力轮对安装复杂、前期贴片与标定操作难度较大且成本较高等问题,以现有的相关研究为基础,以城市轨道交通列车为研究对象,利用Simpack动力学软件对轮轨力间接测量法进行仿真验证。推导出轮轨力间测量法的理论公式,利用Simpack软件,建立车辆-轨道动力学仿真模型,通过运算得出直线段轮轴横向力与轮轨垂向力两者在不同工况下误差的50%、75%、90%与最大值。结果表明,间接测量法具有较高的测量精度,为城市轨道交通轮轨力测量提供可选方案。

基于直接概率积分法的列车-轨道-桥梁系统随机分析

由于施工和制造误差使得铁路工程结构参数不可避免地具有不确定性,同时作为系统主要自激励的轨道不平顺亦具有明显的随机性和时变性,因此,探明不确定因子对列车和轨道-桥梁结构动态性能的影响非常重要。为了高效地完成列车-轨道-桥梁系统随机性能分析,建立列车-轨道-桥梁空间振动分析模型,采用轨道不平顺概率模型和谱表达-随机函数的方式在有限随机变量空间中实现轨道不平顺随机过程的高效模拟。引入概率密度积分方程和直接概率积分法发展了列车-轨道-桥梁系统随机动力方程和相应的计算求解策略。基于MATLAB实现了列车-轨道-桥梁随机振动的直接概率积分法分析程序,计算了全概率不平顺激励和参数随机条件下车-轨-桥系统振动响应的均值、标准差和时变的概率密度信息。研究结果表明:与概率密度演化分析方法相比,直接概率积分法可较好地反映行车过程中系统响应的概率密度特征,然而其在系统响应随机后处理时更为高效,其效率可提高1~2个数量级。此外,考虑轨道不平顺全概率激励更能准确地反映行车过程系统响应的概率特征,平均概率谱可能使得计算结果偏于保守;行车速度对于列车和桥梁动态行为的影响是显著的,随着行车速度的增加系统响应的范围逐渐变大。研究结果进一步拓展了列车-轨道-桥梁随机系统的分析方法,可以高效地用于系统状态评估和设计优化。

连续沉井法建设轨道交通地下车站的关键技术研究

为探索“碳达峰、碳中和”国家战略背景下建设方式的绿色转型,根据嘉兴至枫南市域铁路工程曹庄站的实际背景,提出连续沉井法建设轨道交通地下车站的设计方案,即通过分批下沉间距紧密的沉井群并纵向贯通形成狭长型整体车站结构;然后,阐述本工法所涉及的永临结合、结构连接、差异沉降控制、环境影响控制等关键技术。与传统明挖法相比,该工法可避免大量临时工程,降低工程造价;通过采用不排水开挖方式,可规避承压水突涌风险;该工法对周边土体影响小,适用于城区敏感环境下轨道交通地下车站的建设;通过增加狭长型车站可同步施工的作业面并实现结构制作、土方开挖同步进行,节省车站工期。

非对称弦测法中基于梯度下降的轨道不平顺复原方法

本研究提出了一种基于梯度下降的轨道不平顺复原方法。基于非对称弦测法理论,轨道不平顺的复原过程可描述为一个欠定线性系统的优化问题。本文提出采用梯度下降法求解该优化问题,采用了考虑正则项的二次型代价函数。为了评估所提出方法的性能,本研究搭建了一个轨道检测小车,并在一个缩尺桥梁模型上进行了现场试验。通过与水准仪测量值的比较,验证了基于梯度下降轨道不平顺复原方法具有良好精度。与传统的需要专门设计逆滤波器的轨道不平顺复原方法相比,本研究所提出的方法物理意义明确,只需基于非对称弦测法原理建立优化模型,这表明本方法在现场实测中具有良好的可操作性。此外,重复性评估表明,在调整不同的弦长以及多次重复测量时,本研究所提出的方法可复现一致的轨道不平顺结果,表明该方法具有良好的测量重复性。本研究所提出的方法可对轨道不平顺进行准确复原,为轨道平顺性状态及时有效评估提供数据支撑,进而保证列车运行的平稳与安全。

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。

千米级铁路悬索桥轨道不平顺管理方法研究

轨道不平顺是线路服役状态的最直接表征,一直以来都是线路养修部门的重点管理内容。为了满足铁路沿线复杂的地理形势,我国修建了主跨超千米的公铁两用桥,但现行轨道几何形位评价方法多是针对路基或跨度较小的铁路桥梁区段来制定的,是否适用于千米级铁路悬索桥梁需要进一步讨论。为验证其适用性,将华东区某千米级铁路悬索桥实测的轨道静态不平顺作为样本来源,给出了矢距差法与中点弦测法算法,对高低和轨向不平顺进行计算,分析其矢高弦长的状态变化规律,讨论了特殊部位的轨道不平顺状态特征规律。结果表明:千米级铁路悬索桥的轨道动态平顺性状态良好,现有的TQI法适用于其轨道动态平顺性管理;对于轨道静态平顺性的评价,矢距差法得到的高低不平顺幅值远大于10mm,超限占比55%以上,因此矢距差法的管理阈值不适用高低不平顺,主要原因在于复杂服役环境作用下千米级桥梁自身竖向变形大所致;选取10m、30m和60m弦中点弦测法得到的千米级铁路悬索桥轨道静态不平顺幅值,满足95%以上的置信区间,可以满足轨道不平顺管理的需要。

铁路轨道检查仪轨向与高低检测单元检定方法的研究

铁路轨道检查仪行业标准与国家计量检定规程中,明确规定轨向与高低检测单元的检定采用超高复现法,但轨向与高低复现值换算及示值误差计算方法不容易被理解。详细分析轨道检查仪轨向与高低检测单元检定采用的中点弦测法和轨迹法。基于轨迹法,给出了优化轨向与高低检定方法的建议:将轨向与高低复现值的定义统一到超高复现值,不与物理弦长进行换算,并采用相同的方法对专用块规量值溯源;统一规划和安排超高、轨向和高低等检定点,优化专用块规名义尺寸;轨向与高低示值最大允许误差要求维持不变。

一种内编队卫星脉冲阈值轨道控制方法

针对内编队卫星由于内外卫星受摄差异产生的相对轨道运动,需要进行编队构型维持以避免内外卫星碰撞,提出一种脉冲阈值相对轨道维持方法。该方法设计了一种周期启动式脉冲阈值控制器,根据内外卫星质心的相对位置与距离阈值以及线性化相对轨道运动动力学模型计算施加的脉冲冲量,采用蒙特卡洛方法模拟内外卫星存在状态估计偏差,并在相同条件下对比两种连续控制方法。结果表明该方法在控制精度、燃料消耗和受测量误差影响程度上能取得良好的平衡,能够有效降低状态偏差对燃料消耗带来的不确定性,可应用于内编队卫星长期在轨低燃料消耗的编队构型维持,也可应用于一般编队卫星构型维持与行星伴飞。

用类比法分析最速降线与倾斜直轨道的运动时间

最速降线问题跟生活联系十分紧密,在屋顶排水、逃生通道等设计中都有应用,但有关最速降线的证明对数学要求较高,大多数中学生难以很好地理解,通过类比正交电磁场中的配速法来分析几种不同情况下最速降线与倾斜直轨道的运动时间,不涉及高等代数知识,学生也容易理解和接受。

噪声环境中多轨道数字音频信号降噪方法

为提升多轨道数字音频信号的峰值信噪比,降低噪声,使音频更加清晰,提出噪声环境中多轨道数字音频信号降噪方法。使用二进小波分解多轨道数字音频,将信号分解为不同的频率子带,使得噪声和信号在频率域上分离。通过模极大值计算分解信号的奇异性,由于信号和噪声在相同奇异性时的变化不同,因此能够确定信号中的噪声特点,利用层间相关搜索法找到分解后信号中的噪声并去除,最后使用交替投影法将去除噪声的分解信号重构,得到去除噪声的多轨道数字音频信号。实验结果表明:使用该方法进行降噪后,存在噪声的信号幅值得到了控制,一些单独突出可认定为噪声的信号基本消失;对低峰值信噪比的信号降噪,平均峰值信噪比提升了28 dB。

长期拟周期近直线晕轨道高效设计方法

面向未来近月空间站部署需求,提出了一种三级修正的长期拟周期近直线晕轨道(NRHO)设计方法。首先,设计了新的离散点选取策略,降低了对参数敏感区域的打靶需求,提高了多点打靶法计算多圈次拟周期NRHO的收敛性能。然后,基于NRHO的对称特性,给出了初始拟周期NRHO圈次延续方法和滚动时域长期拟周期NRHO生成方法,根据拟周期NRHO近月点半径设计了修正策略。使用不同的NRHO进行仿真实验,生成了维持500圈约10年的长期拟周期NRHO。仿真结果表明本方法提高了收敛效率,且能有效生成地月空间长期拟周期NRHO。

让慈善事业在法治轨道上实现高质量发展

2023年12月29日,十四届全国人大常委会第七次会议表决通过了《关于修改〈中华人民共和国慈善法>的决定》,标志着我国慈善事业在法治轨道上又向前迈进了一大步,也是对新时代需要发展好慈善事业和实践中出现的新情况、新挑战、新问题做出的立法回应。

基于“产出导向法”的轨道交通专业英语教学模式探索

近年来,随着我国经济的快速发展,轨道交通建设也进入了高质量发展阶段。在经济全球化程度持续加深的背景下,我国与世界各国之间的经济文化交流愈加密切,贸易往来日渐频繁,轨道交通行业亟需大量具备较高英语应用能力的国际化专业技术人才和管理人才。为此,国内很多高职院校的轨道交通专业纷纷开设了轨道交通英语课程,开展行业英语教学。然而,在各种因素影响下,当前高职院校的轨道交通英语课程教学效果普遍较低,学生的专业英语应用能力普遍较为薄弱。

注浆法在富水砂卵石地层城市轨道交通联络通道暗挖施工中的应用

[目的]成都地铁19号线二期工程九江北站—龙桥路站区间1#联络通道处于富水砂卵石地层,受周边建(构)筑物位置所限,不宜采用常规方法进行施工,为此需采用不降水法为该联络通道暗挖施工提供无水条件。[方法]根据1#联络通道的工程特点,在对比分析冻结法和顶管法等常规方案的基础上,采用注浆法为该联络通道暗挖提供无水条件。根据富水砂卵石地层的特点,同时受周边建(构)筑物布局的限制,19号线主线隧道内决定采用水平注浆法施工。详细阐述了1#联络通道注浆法施工方案,针对动水条件下砂卵石地层涌水、涌砂,成孔困难,串冒浆等难点,提出相应对策。从可靠性、造价、变形控制及运营维护等方面总结了水平注浆法的优势。[结果及结论]1#联络通道施工完成后,经测试检查孔每米出水量不大于0.13 L/min,达到预期止水要求,满足该联络通道暗挖的无水条件;开挖过程揭示,开挖面基本无渗水,1#联络通道安全贯通。

惯性基准法在地铁轨道检测中的应用

地铁的使用寿命与地铁轨道的损耗状况有关,及时地发现轨道问题,并加以修复可以有效提高地铁使用寿命;为了提升城市地铁的使用寿命,研究构建了一个基于惯性基准法的地铁轨道波磨损耗检测系统;该系统以惯性基准法为核心,配合加速度计,及检测车辆,对地铁轨道的波磨损耗情况进行检测;结果显示,惯性基准法的检测标准差,总是低于弦测法的检测标准差,检测长度为400 m时,弦测法的检测标准差为0.79 mm,而惯性标准法的检测标准差为0.72 mm;基于惯性基准法的检测系统的检测结果与实际情况基本一致;研究构建的地铁轨道波磨损耗检测系统的检测成本更低,且检测精度符合实际应用需求。

基于层次分析法的城市轨道交通运营安全评价研究

为切实保障城市轨道交通的安全稳定运行,针对其中的各种风险因素构建一个多层次的评价指标体系,通过构建判断矩阵、计算权重及一致性检验,对各因素的相对重要性进行量化评估,得出了各一级指标的权重排序。结果表明,人为风险因素在城市轨道交通运营安全中占据首要地位,其次是设备风险因素和管理风险因素,而环境风险因素虽然重要但权重相对较低,此结果可为保障城市轨道交通的安全运营提供参考。