地铁连续刚构桥上无砟轨道无缝线路纵向力分析

【目的】为研究地铁连续刚构桥上无砟轨道无缝线路纵向受力与变形规律,对地铁连续刚构桥上无砟轨道无缝线路设计改进、运营养护维修提供理论指导。【方法】根据梁-板-轨相互作用原理,建立地铁连续刚构桥上整体道床式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,计算伸缩、挠曲、制动、断轨工况下轨道结构和桥梁纵向力及位移,并对轨道结构静力特性进行对比分析,为地铁连续刚构桥上无缝线路轨道结构设计提供参考。【结果】结果表明:双线列车荷载中点与中部梁端处重合时为列车垂向荷载最不利工况,此时钢轨纵向力与钢轨、桥梁纵向位移均为最大,均出现在中部梁端附近,数值分别为70.3 kN与0.6,0.8 mm;双线制动荷载列车尾部位于两侧梁端时为列车制动荷载最不利工况,此时钢轨纵向力与钢轨、桥梁纵向位移均为最大,数值分别为107.8 kN与1.6,1.7 mm。【结论】伸缩力作用下各个端部桥缝处为薄弱部位,在平时养护中应特别注意梁端部桥缝处轨道结构,防止因伸缩力过大而产生断轨;钢轨发生断轨时,在断缝处纵向力、纵向位移均发生突变,严重影响线路行车安全。

板式轨道线路对机车垂向振动影响

高速列车在板式轨道线路运行时,板式轨道激振所引起的特定通过频率加剧了车体垂向振动,特定条件下引起车体垂向共振,恶化高速列车垂向平稳性并造成车体结构疲劳破坏。实际运营过程中,在板式轨道线路,动力集中动车组动力机车垂向振动剧烈。针对此现象,文章利用UM软件建立了考虑柔性车体、钢轨弹性及轨道板弹性的机车-板式轨道耦合系统动力学模型,分析了机车通过板式轨道时的垂向振动特性。研究表明:通过板式轨道时机车车体垂向振动响应大于非板式轨道线路,轨道板通过频率及其二倍频率振动响应明显,机车在140~160 km/h速度时车体一阶垂弯振动加剧;相对于非板式轨道线路,机车以160 km/h速度在板式轨道线路运行时,在线路不平顺激励及车轮一阶不圆激励工况下,车体垂向振动加速度分别增加8%和25%。

近断层地震作用下高速铁路大跨连续刚构桥易损性研究

为探究近断层地震作用下高速铁路大跨连续刚构桥的抗震性能,基于工程需求(EDP)符合对数高斯分布假设获取全桥损伤曲线,提出一种桥梁地震损伤危险性分级方法。在此基础上,考虑桥上无砟轨道的刚度效应,采用OpenSees有限元软件建立了某高速铁路大跨连续刚构桥的轨道-桥梁(线-桥)一体化非线性有限元模型;由80条近断层地震动实录波组成地震动数据库,采用基于概率需求的易损性分析方法详细分析了该高速铁路大跨连续刚构桥的抗震性能。结果表明:对于研究计算条件,近断层地震动速度峰值(PGV)与工程需求间的相关性较强;近断层地震作用下高速铁路连续刚构桥的边支座易出现轻微损伤,当遭遇中高强度(PGV>100 cm/s)近断层地震动时桥梁关键截面的屈服概率较大,当PGV为200 cm/s时桥梁结构会受到严重破坏,而当PGV为300 cm/s时桥梁有极大可能发生完全破坏甚至出现倒塌。研究成果可为近断层区域高速铁路连续刚构桥的抗震设计提供参考。

层间离缝下车辆-CRTSⅡ型板式无砟轨道耦合系统动力特性研究

随着CRTSⅡ型板式无砟轨道结构服役时间的延长,层间离缝发生发展对轨道结构和行车安全的影响成为迫切需要解决的问题之一.为厘清不同程度的层间离缝对车辆-无砟轨道系统动力特性的影响程度,建立了考虑层间离缝的车辆-CRTSⅡ型轨道板的耦合动力学模型,用ABAQUS和Simpack联合仿真,研究了不同尺寸的单一离缝以及多离缝不同位置组合对车辆及轨道结构动力响应的影响.结果表明,单一离缝横向深度和纵向长度分别在522 mm、1.275 m及以上时,离缝发展明显加快;多离缝的不同位置组合中板端与板边组合为最不利情况.研究结论为高速铁路轨道结构运维提供参考价值.

基于船舶横向进坞的新型浮船坞设计

常规浮船坞一般为固定坞墙设计型式,在码头以沉浮方式实现船舶进坞。针对该现状,设计一种基于船舶横向进坞的新型浮船坞。提出新型浮船坞整体设计方案、活动坞墙设计方案和浮箱甲板轨道、轨道连接梁与刚性系泊装置的设计方案。经实际操作验证,新型浮船坞设计有效可行,可为后续国内浮船坞设计提供参考,为浮船坞的船舶进坞方式设计开阔思路。

刚构桥上无砟轨道无缝线路静力特性分析

针对刚构桥上无砟轨道无缝线路的受力与变形进行研究,以梁-板-轨相互作用原理为基础,分别建立刚构桥上CRTSⅢ型板式和CRTSⅠ型双块式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,计算伸缩、挠曲、制动、断轨工况下轨道结构和桥梁纵向力及位移,并对两种轨道结构静力特性进行对比分析,为刚构桥上无缝线路轨道结构设计提供参考。结果显示:在温度荷载、列车荷载作用下,采用CRTSⅠ型双块式轨道结构时钢轨纵向力更小,但轨板相对位移增幅明显,可能产生安全隐患;在列车制动荷载工况下,采用CRTSⅢ型板式轨道结构时钢轨纵向力与轨板相对位移均更小;在断轨工况下,采用CRTSⅠ型双块式轨道结构时断缝值超过了规范容许限值。建议在刚构桥上采用CRTSⅢ型板式无砟轨道。

现代有轨电车小半径曲线桥桥墩横向刚度研究

现代有轨电车小半径曲线桥梁桥墩横向刚度对线路的平顺性有重要影响。基于有限元法,建立曲线桥梁-无缝线路空间耦合作用计算模型,以某35 m+40 m+40 m+35 m曲线钢-混组合桥为例,分析了多种因素对轨向不平顺的影响。结果表明:曲线桥上无缝线路会因纵、横向梁轨耦合作用引起中长波的轨向不平顺;轨向不平顺幅值与桥墩纵向刚度、轨温变化幅度、扣件纵向阻力极限荷载正相关,与桥墩横向刚度、曲线半径、扣件纵向阻力弹塑性临界位移负相关,其中曲线半径影响最为显著;曲线半径从150 m增加至600 m,中点弦测法、矢距差法所确定的轨向不平顺幅值降幅均超过60%;确定了有轨电车常用跨度连续梁桥在不同曲线半径条件下对应的桥墩横向刚度限值,其中钢-混组合桥对应桥墩横向刚度限值是同等条件钢筋混凝土桥的1.2倍~2.0倍。建议曲线桥上无缝线路设计中优化锁定轨温,或采用小阻力扣件,可有效降低因梁轨相互作用引起的轨向不平顺幅值和桥墩横向刚度限值。

基于非刚性点云配准的运动鞋鞋帮打磨轨迹提取

为了解决冷黏运动鞋自动化生产过程中鞋帮打磨轨迹难以提取的问题,提出一种利用非刚性点云配准算法提取轨迹的方法。搭建三维视觉平台分别获取鞋底侧墙与鞋帮点云,基于高斯混合模型,结合运动相干性和先验分布构建了鞋底与鞋帮点云配准概率的联合概率密度分布,并采用变分贝叶斯推断计算出最佳配准参数,进而实现两种点云间的精确配准。对配准后的点云提取边缘轨迹并聚类分割,提取的边缘轨迹即为鞋帮打磨轨迹。研究证明,该方法可有效提取运动鞋的鞋帮打磨轨迹曲线,相比依靠离线采样点提取打磨轨迹的传统方法,可大幅缩减轨迹的获取时间且精度良好。

刚体航天器预设时间预设精度姿态跟踪控制

为研究刚体航天器在上界已知的外部扰动力矩作用下的姿态跟踪控制问题,提出了一种可以指定跟踪精度的预设时间姿态跟踪控制策略。首先,设计了一种预设时间扰动观测器,此观测器可以在指定的时间以内实现对有界外部扰动的高精度在线估计,利用其估计值可以对外部扰动力矩进行补偿。然后,在此扰动观测器的基础上,运用终端滑模控制方法,设计了一个(准)终端滑模面并构造了一个连续非奇异终端滑模姿态跟踪控制器。Lyapunov理论分析表明,本研究所提观测器、滑模面和控制器的收敛时间上界以及收敛完成以后姿态跟踪的误差上界均显式存在于观测器、滑模面和控制器的有关参数中,因而可以在控制器设计过程中很方便地对其进行调节,且不受初始条件的制约。最后,通过数值仿真验证了所提控制策略的性能。仿真结果表明,无论是收敛速度还是跟踪精度,预设值都是一个比较宽松的上界,实际性能有可能远远优于预设值,并且此算法对系统的建模不确定性也有比较好的鲁棒性。

高速铁路连续刚构加拱组合结构设计及创新技术——以西延高铁王家河特大桥主桥为例

以西延高铁王家河特大桥为工程背景,首先,对3种混凝土连续刚构组合结构(连续刚构加拱、连续刚构加桁、连续刚构部分斜拉桥)从受力性能、无砟轨道适应性、经济性等方面进行比选,确定连续刚构加拱组合结构为最优方案;其次,阐述连续刚构加拱组合结构设计细节,通过有限元软件对结构的静、动力学性能、抗震性能、车-桥耦合计算分析;再次,对墩、梁、拱结合部位受力情况进行模拟检算,对梁、拱合理刚度分配规律进行总结。主要结论及创新点:(1)桥梁的强度、刚度指标满足规范要求,抗震性能良好、乘车舒适性优良;(2)梁拱结合部位混凝土处于均匀受压状态,局部受力安全可靠;(3)混凝土连续刚构加拱组合结构中拱肋承担活载的比例约占45%,活载有效转化为拱肋的压力和弯矩;(4)提出的高位拱肋单侧竖转施工方法可为类似工程提供参考借鉴。

地铁浮置板用隔振器疲劳性能研究

钢弹簧浮置板是城市轨道交通建设中大量采用的一种减振降噪极佳的线路设计整改方案。为研究实际服役情况下钢弹簧隔振器对于浮置板道床安全性能的影响,通过钢弹簧隔振器的服役性能试验测试关键力学参数用来表征其服役状况,结合基于ABAQUS软件建立钢弹簧浮置板有限元分析模型研究不同工况下的浮置板道床动力特性。

基于一种滤波跟踪算法的刚性接触网磨耗测量研究

城市轨道交通目前多采用刚性架空接触网供电方式为地铁列车提供电能动力。刚性接触网的磨耗状态是关乎弓网匹配关系的重要指标,磨耗如果超限后将会导致严重的弓网故障,因此对磨耗数据的监测十分重要。本研究以地铁刚性接触网为研究对象,通过线激光器与高速面阵相机实时拍摄光带轮廓,基于改进后的通道可靠性的多尺度背景感知相关滤波跟踪算法,拟合计算出磨耗数值,有效地处理光照、尺度、遮挡等复杂因素,取得较高跟踪精度和成功率,精确度高达94%。此方法以动态连续磨耗测量代替人工测量,实现连续、全面、高效检测接触网磨耗状态,能够大幅提高接触网磨耗测量效率与精度,达到全面管控接触网的目的,为接触网预防性维护提供指导。接触网导线磨耗能够实现连续测量,较人工测量方式测量效率显著提高。研究应用后在原有接触网磨耗数据监测的基础上,增加了接触网磨耗增长率跟踪监测,当接触网磨耗增长速度过快时,增加人工检查频次,保证接触网设备运营安全。

光束指向装置高分辨率传动机构

为满足某型光束指向装置高分辨率、空间紧凑和低成本的需求,结合其负载小、转速低的实际应用特点,设计了一种偏置型扭轮摩擦传动机构。该机构的变传动比特性通过改变主动轮与从动轮的扭角实现,为优选扭角设计区间,研究了扭角对机构位移特性的影响。在分析偏置型扭轮摩擦传动机构运动学特性及扭轮接触区受力、变形情况的基础上,建立了偏置型扭轮摩擦传动的刚柔耦合动力学模型,通过物理样机试验和多体动力学仿真分析,开展了扭角对输出角速度稳定性和角位移分辨率的影响。结果表明:扭角越大,机构输出角速度的波动范围也较大,传动越不平稳。设计的传动机构在扭角不大于80°时能实现平稳传动,且在大扭角条件下,机构能实现0.005°(18″)的低速微步进运动,输出分辨率优于单级圆柱齿轮传动。上述分析为偏置型扭轮摩擦传动机构在光束指向装置传动系统中的应用提供了一种新的思路。

道床刚度对钢轨接头动力响应影响研究

有砟轨道在施工阶段存在大量的钢轨接头会加剧轮轨间冲击和振动,造成钢轨伤损,影响轨道平顺性,不利于工程车辆行车安全,合理的道床刚度能减缓钢轨接头处轮轨间的冲击作用,改善临时轨道结构的受力和变形。基于多体动力学理论,以21 t轴重平车为研究对象,建立车辆-钢轨接头耦合动力学模型,研究钢轨接头区轮轨动力响应,分析道床刚度对轮轨冲击的影响规律。结果表明:钢轨接头区的轮轨冲击较为显著,其轮轨垂向力比非接头区增大约1.4倍。随着道床刚度增加,轮轨垂向力呈非线性增加趋势,钢轨和轨枕的垂向加速度和垂向位移均呈减小趋势,道床刚度为170 kN/mm时,轮重减载率最大值为0.63,接近我国规范的允许限值0.65;道床刚度小于45 kN/mm时,钢轨和轨枕的位移均超出了我国规范允许值(2.5 mm和2.0 mm)。因此,施工阶段应对道砟进行合理的捣固,宜将道床刚度控制在45~170 kN/mm。

履带模型与仿真

仿真技术应用于履带车辆的研究 ,降低了研究成本 ,缩短了研制周期 ,有力地推动了履带车辆的发展。履带模型在履带车辆建模与仿真中是棘手问题。本文对履带车辆仿真中常见的两类履带模型—柔性履带模型和刚性履带模型的模型机理进行了分析 ,并分别将两类履带模型应用到履带车辆的平稳性模型中 。

无碴道岔轨道刚度分布规律及均匀化

为了揭示道岔铺设在无碴轨道上的刚度分布规律,建立了道岔轨道刚度有限元计算模型.模型中考虑了钢轨抗弯刚度、扣件刚度、基础刚度、滑床台、护轨及间隔铁等因素的影响.以12号提速道岔为例,计算了道岔铺设在无碴轨道上的整体刚度.结果表明:轨道刚度在纵向和横向都存在严重不平顺,里轨与基本轨的整体刚度比最大约为2.418,里轨整体刚度纵向变化率最大约为242%.此外,为了消除道岔铺设在无碴轨道上的刚度不平顺,运用所建立的模型,探讨了均匀道岔轨道刚度分布的扣件刚度设置方式.

光学运动捕捉散乱数据处理的一种方法

阐述了一种适用于被动式光学人体运动捕捉散乱数据处理的方法,该方法基于模版匹配的原理,根据人体标示的特征点的局部相对刚性结构以及整体拓扑结构关系,利用刚性结构匹配、运动轨迹追踪、拓扑结构校验实现散乱数据的处理,从而得到人体运动参数及骨架拓扑结构。该方法解决了追踪算法在特征点重合时的追踪出错问题,处理方法经优化后数据处理过程能够满足运动捕捉的实时性要求,具备错误自动检测和纠正能力,处理过程无须人工干涉。

1R1T远程运动中心机构的型综合

多自由度远程运动中心机构是微创手术机器人的关键部分之一。现有的远程运动中心机构通常采用直线运动单元实现器械沿轴线的移动,这种方式占用末端空间大,容易发生干涉。基于仿图仪机构提出一种末端紧凑型1R1T远程运动中心机构的型综合的新方法,这类1R1T远程运动中心机构可用于构造更高自由度的远程运动中心机构。依据仿图仪机构所属几何变换对其进行分类,并定义仿图仪机构之间的等价关系。通过结合两个相互等价的仿图仪机构,提出刚体运动跟踪机构的概念。在此基础上提出一种1R1T远程运动中心机构的型综合方法:通过刚体运动跟踪机构将1R1T机构中输出连杆的运动模式复制到远端,从而构成1R1T远程运动中心机构。通过该方法得到若干适合微创手术机器人的新构型。

轨道过渡段刚度突变对轨道振动的影响

建立轨道过渡段基础刚度突变的轨道振动微分方程，：睢导单轮作用下轨道变形的解析表达式。利用该解析解和叠加原理，研究轨道刚度突变对轨道振动的影响，分析单轮对和TGV高速列车在3种轨道刚度比时的轨道动力响应。结果表明，轨道刚度突变对轨道振动影响较大，轨道动力响应随着刚度比和列车速度的增加而增加。在理论分析基础上，提出轨道过渡段整治原则：过渡段宜采用分层（3～4层）强化基础刚度的措施；列车在过渡段运行时应满足所引起的动力系数小于或等于1．2及过渡段各层之间的刚度比在0．5～1之间；过渡段每层平缓距离，当列车速度小于或等于160km·h^-1时，取5m，当列车速度大于160km·h^-1时，取10m。

大跨度铁路无砟轨道桥梁动力性能试验研究

为检验、评估铁路大跨度预应力混凝土连续刚构桥梁的动力性能,验证大跨度桥上纵连板式无砟轨道的设计方法,对遂渝线新北碚嘉陵江大桥主桥（94 m＋168 m＋84 m）进行全桥动力试验研究。该桥的自振特性以及200 km·h^-1速度等级CRH2动车组和120 km·h^-1速度等级货物列车以不同速度通过桥梁时桥跨结构动力响应的试验结果表明,新北碚嘉陵江大桥连续刚构桥动力性能良好,具有良好的竖向刚度、横向刚度和结构强度,能够满足CRH2动车组以160-200 km·h^-1速度、120 km·h^-1速度等级货物列车以70-120 km·h^-1速度运行的安全性要求。