Element Tracking Strategies for Hot Strip Laminar Cooling Control

Feedforward control is the core to control function in the cooling process of hot strip. One of the most important tasks in feedforward control is to determine the arrival time of the strip at various locations on the runout table for effective control. Based on the principles of element tracking and tracking strategies for variable rolling speed and constant rolling speed, a simple diagonal tracking method for an existing hot strip mill was proposed and tested. The test results show that the proposed strategies are effective for improving tracking control.

基于1D-CNN的无砟轨道CA砂浆脱空识别

为解决水泥乳化沥青砂浆(CA砂浆)脱空位置识别的难题,提出考虑CA砂浆脱空的无砟轨道模型建模与计算方案。首先,基于CRTS I型板式无砟轨道“梁-板-板”建模理论,使用非线性弹簧模拟CA砂浆脱空病害,输入扣件支点反力作为模型的激励,得到监测点位的垂向加速度数据集。其次,通过对数据集缩放、添加噪声的方式进行数据增强,增强数据集的差异,以增强识别模型的泛化性,获得更加准确的识别结果。最后,建立脱空病害的识别方法,搭建一维卷积神经网络(1D-CNN)进行CA砂浆的脱空位置识别,构建准确率、查准率和查全率等评价指标评估识别结果,使用t-SNE降维算法对结果进行可视化。对比其他3种神经网络的表现,探讨1D-CNN应用于CA砂浆脱空位置识别的优势。研究结果表明:“梁-板-板”模型反映了无砟轨道的力学本征,用于CA砂浆脱空问题的仿真模拟是可行的;通过对数据集信号缩放、添加噪声的方式进行数据增强可提高深度学习模型的性能;从深度学习的角度来看,CA砂浆脱空发生在板中造成的危害较小,应重点关注板端CA砂浆脱空的养护与维修问题;1D-CNN相比其他3种模型运算时间短,在CA砂浆脱空位置识别数据集上优势更大,识别准确率可达95%以上。研究结果为进一步提高无砟轨道结构监测的自动化和智能化水平提供参考。

基于离散元的重载铁路有砟轨道阻力特性研究

研究目的:有砟轨道在重载铁路中广泛采用,随着服役时间的增加,在列车荷载反复作用下,道床性能会随之变化,线路阻力呈现动态发展的时变特性。作为求解梁轨相互作用的关键,准确合理地选取线路纵向阻力是保证梁轨相互作用计算准确的前提,关系梁轨系统的正常使用与安全运营。研究结论:(1)颗粒级配由粗到细,纵向线阻力逐渐减小;摩擦系数由小到大,纵向线阻力稍微增加;(2)结合不同级配建立的道床模型模拟出的纵向线阻力-位移曲线,获得纵向线阻力动态演化模型,可知线路纵向阻力由新建线路的阻力29.7 kN/(m·线)演化到破碎充分时的23.6 kN/(m·线),退化幅度约为20.5%;(3)本研究成果可为开展全服役期内重载铁路的梁轨相互作用等相关研究提供关键参数。

考虑路基剪切效应的高速铁路有砟轨道-车辆系统移动元分析

为在现有三层离散支撑梁有砟轨道模型中考虑路基土体间的剪切效应,在Pasternak双参数地基模型基础上对剪切层进行离散处理,采用移动单元法建立了考虑路基土体剪切效应的有砟轨道-车辆耦合动力学模型,将移动单元法与MATLAB相结合,编制计算程序,通过MATLAB数值计算,研究路基剪切效应对车-轨耦合系统的影响,以及轨道不平顺和轨枕空吊对系统动力特性的影响规律。研究结果表明,考虑路基剪切效应时,钢轨、轨枕、道砟的位移响应均有不同程度的减小,并且抑制情况从钢轨到道砟相差逐渐增大,三者的加速度响应也均有较为明显的下降,其对加速度响应的抑制效果从道砟到轨枕依次减小,但钢轨的加速度减幅大于道砟,对轮轨接触力有一定影响,但影响不明显,减幅仅为0.85%;不平顺幅值和波长特性对系统的动力响应会产生显著影响,随着幅值增大和短波成分增加,系统动力响应加剧,其中2 m左右短波不平顺和90%百分位数谱对轮轨动力特性影响显著;列车经过空吊区域时,空吊及周围区域轨道结构动力响应会发生突变,导致系统动力响应超过限值。建立的基于移动单元法的有砟轨道-车辆耦合模型及相关分析可为高速铁路的振动分析提供参考依据。

变刚度复合材料层合板研究进展

变刚度复合材料层合板由纤维曲线铺放而成,可以实现刚度分布的变化设计,与传统固定铺层角的复合材料层合板相比,变刚度复合材料层合板在减少重量和成本的同时,也提高了结构性能。随着铺放设备的发展,目前已经能够利用自动铺放技术实现纤维的曲线铺放。同时,为提高复合材料构件的结构性能和满足不同的工程实际需求,铺层设计方法也从单一角度的直线铺层逐渐向变角度曲线铺层发展。本文首先介绍了变刚度复合材料层合板设计制造方法与有限元建模,接着在刚度分布、屈曲特性、失效行为等方面阐述了变刚度复合材料层合板力学性能的研究进展,然后结合南京航空航天大学复合材料工程自动化技术研究中心在变刚度复合材料层合板振动特性方面的研究,对变刚度复合材料层合板振动特性进行了分析和概括,最后对变刚度复合材料层合板未来的研究趋势进行了论述与展望。

基于准动态评估的桥上有砟轨道最优级配研究

道砟级配是有砟轨道的重要参数,对桥上有砟道床准动态稳定性和容重有较大影响。通过离散元法建立桥上有砟道床模型,研究各国级配下道床准动态稳定性差异;采用极限思维法,揭示各粒径含量对桥上有砟道床准动态稳定性的影响程度,并对道床容重特性进行初探。结果表明:当桥上道床密度为1.7 g/cm~3时,道床横向阻力值为:俄罗斯B类>中国特级>中国一级>美国4A;大粒径道砟含量越高,道床横向阻力值越大;小粒径道砟含量增加,道床横向阻力值先减小后略有增大;为保证道床具有较高稳定性,建议小粒径道砟含量应大于0但不超过30%,中粒径道砟含量应不为0,大粒径道砟含量应不低于15.5%;采用最优级配区间所建立的桥上有砟道床具有工程上所青睐的道床容重特性。

基于DEM-FDM耦合的过渡段膨胀诱发钢轨上拱研究

研究目的:为分析涵洞过渡段地基膨胀引起的钢轨上拱响应,基于现场测试、室内膨胀试验数据,开展DEM-FDM耦合数值模拟,分析某涵洞附近路基土在膨胀范围为16 m,膨胀中心距离涵洞中心分别为0 m、5 m、10 m这三种工况下,不同膨胀率时基床填料的运动规律及钢轨的上拱响应。研究结论:(1)涵洞对于钢轨上拱位移的传递存在阻断作用,但会增大钢轨上拱的峰值,原位膨胀率下工况二的钢轨上拱峰值达到46 mm,当路基膨胀率为0.3%时钢轨上拱位移量达到无砟轨道钢轨可调节临界值(4mm);(2)过渡段钢轨上拱处同时产生轴向应力集中,其中原位膨胀率下工况二轴向应力峰值达到14.4 MPa;(3)对于膨胀区域位于涵洞下方的工况,钢轨轴向应力呈现出来的分布规律为钢轨上拱拱顶处为主拉应力状态,拱脚处为主压应力状态,因此一共包括三个压应力峰值点以及两个拉应力峰值点;(4)本文研究可为高铁涵洞过渡段路基膨胀病害解决方案的确定提供理论依据。

城市轨道交通浮置板轨道纵向联板的动力效应分析

城市轨道交通浮置板轨道纵向联结处存在薄弱环节,轨道设计时对板与板纵向联结的动态效应考虑不足。通过引入等效密度及等效地基系数的方法对钢弹簧浮置板轨道系统板下基础进行合理的模型简化,建立了预制式和现浇式浮置板系统振动特性三维有限元分析模型,充分考虑了钢轨、剪力铰和板下基础对浮置板结构振动特性的影响,研究了浮置板轨道系统模态与谐响应特性,分析了浮置板纵向联结处的动力效应特性。结果表明:浮置板轨道在1~200 Hz低频段的模态振型变化主要表现为四种运动方式:刚体运动、弯曲、弯扭组合和扭转;对于预制板轨道系统,浮置板主导整个系统的振动特性表现的频段在系统模态分析和谐响应分析中表现出一致的规律;对于现浇板轨道系统,当频率为32.6~57.8 Hz时,浮置板对系统振动特性的主导作用弱化,表现为过渡频段;浮置板联板动力效应产生的低阶弯曲模态在预制板系统中表现为刚体运动模态;对于由Ns块板组成的浮置板系统,联板效应引起的单块板每阶弯曲模态频率附近的附加模态数为N_(s)/2-1。

轨道不平顺条件下列车运行引起的饱和地基振动响应

为研究轨道不平顺条件下列车运行引起的饱和地基振动响应,进一步完善饱和地基的振动传播和衰减规律,将轨道不平顺引入饱和地基2.5D有限元,通过Fourier变换得到频域-波数域表达式,对比分析准静态荷载与不平顺条件下高铁列车运行对饱和地基加速度、位移和孔隙水压力的影响规律。研究结果表明:列车速度较低时,2种条件下列车引起的饱和地基振动相差不大,随着列车速度提高,轨道不平顺使饱和地基的加速度幅值和位移幅值显著增大,且在时程曲线规律上呈现更强的波动性;轨道不平顺对轨道中心加速度频谱影响较小,列车在低速和高速运行时,2种荷载的频谱规律均基本一致,主频分布也基本相同,轨道不平顺条件下仅各频段加速度大小略有增加;轨道不平顺会大幅增加高速列车运行引起的饱和地基孔隙水压力,且随着深度增加孔压迅速衰减。

双线重载铁路路基动力响应规律研究

建立双线重载线路的轨枕-路基-地基三维有限元仿真模型,分析双线重载路基的动力响应规律。研究发现,列车于本侧轨道下方路基面引起的动应力沿横向均呈“马鞍形”分布。上行线列车通过时,本侧线路钢轨下方路基动应力均随深度的增加而减小;不同运行模式下,路基中心处动应力则均随深度的增加先增大后减小。路基面竖向动位移沿横向呈现明显的凹形分布特性,满载列车单向运行引起的动位移峰值可达到空载列车单向运行的5.36倍。列车轴重对路基速度响应的影响相对较小;轴重由25 t增至30 t时,本侧线路钢轨下方路基面处加速度峰值增加约10%。双线列车运行引起的路基动力响应水平大于单向列车运行的工况;上行线满载列车在下行线钢轨下方路基面引起的加速度、速度和动位移峰值均大于空载列车单向运行于下行线的工况。

大型矿用挖掘机履带板故障分析和优化设计

依据现场履带板失效形式,通过理论分析、有限元分析等方法和手段,对履带板现有结构进行改进设计;通过有限元对比分析验证新结构受力状态更好;提供了一种解决现场问题的思路,为以后产品设计和解决现场问题提供理论依据。

大吨位履带起重机履带板拓扑优化分析

以800 t级履带起重机为研究对象,针对其履带板质量大和结构不合理问题,对履带板结构进行拓扑优化。首先分析行走机构在危险工况下的受力情况,得到履带板的边界条件,对原始结构进行有限元分析;其次借助变密度法,以体积分数为约束条件,以加权应变能最小为目标函数,对履带板进行拓扑优化,并以拓扑优化结果为参考构建履带板的概念模型;最后验证优化结构的合理性。结果表明:优化后履带板的最大平均等效应力降低26%,应力均布性有所提高,且单个履带板质量减少8 kg。履带板结构的合理化设计对于履带起重机行走机构性能优化和轻量化具有重大意义。

嵌入式轨道三维滚动接触模型冲击特性研究

嵌入式轨道在城市轨道交通领域得到广泛运用,在高速铁路方面,国内外也有少量的相关报道和理论研究。嵌入式轨道对减缓轮轨冲击有显著效果,其中焊接接头是引起轮轨冲击的重要原因之一,对于时速400公里以及更高运行速度的列车,焊接接头冲击激励引起的轮轨力变化十分显著,目前对于高速工况下嵌入式轨道的研究尚不充分。基于显式动力学有限元方法,采用三维高速轮轨瞬态滚动接触模型对轮轨冲击过程进行数值模拟,并探究时速400公里速度下的嵌入式轨道的冲击特性。得出以下结论:嵌入式轨道与扣件式轨道在受到不同波长冲击时均能够减小垂向轮轨力变化幅值,焊接接头波长越长,垂向轮轨冲击力越能快速趋于平缓;车轮在受到焊接接头长波冲击时,嵌入式轨道能明显降低纵向轮轨力。研究结果可为嵌入式轨道在高速铁路的运用提供参考。

随机轮载下钢桥面顶板与纵肋焊缝疲劳裂纹扩展特性研究

车辆轮迹横向分布是钢桥面板焊缝处产生随机应力谱的一项关键因素,加之焊接缺陷形态的随机性,诱发钢桥面板疲劳裂纹随机扩展行为。为了研究钢桥面顶板焊缝处疲劳裂纹的随机扩展特性,基于断裂力学理论与扩展有限元方法分析了轮迹横向分布对钢桥面板顶板焊根和焊趾等效应力强度因子的影响规律,揭示了轮迹横向分布离散度、初始裂纹深度和初始裂纹形态比对焊缝处疲劳裂纹随机扩展路径分布的影响规律。结果表明:轮载中心处于U肋正上方中心和焊缝中心位置分别为顶板焊趾和焊根的最不利横向加载工况;车辆轮迹横向分布对顶板焊根和顶板焊趾疲劳裂纹前缘应力强度因子影响差异显著,顶板焊根最大等效应力强度因子为85.99 MPa·mm^(1/2),比顶板焊趾增加了6.72%;轮迹横向分布离散度和初始裂纹深度与钢桥面板焊缝处疲劳裂纹随机扩展路径分布离散程度成正相关,初始裂纹形态比与其成负相关;焊缝细节初始裂纹深度越大,车辆荷载对其横向影响范围越大;焊缝细节初始裂纹形态比越大,车辆荷载对其横向影响范围变化不明显。

塑胶跑道面层中重金属含量检测方法概述

塑胶跑道主要有EPDM、复合型、混合型、全塑型、预制型等类型,在生产及铺装过程中,可能会引入重金属元素,如铅、铬、镉、汞等,被人体吸入后,将危及健康,准确测定这些重金属元素的含量,是保证产品质量的关键一环。目前国内塑胶跑道面层中重金属含量检测的方法,包括原子吸收光谱法、电感耦合等离子体发射光谱法、X射线荧光光谱法、电感耦合等离子体发射质谱法、原子荧光光谱法、极谱法等,本文对上述各方法的检测原理、特点和应用进行综述。

软土场地双线盾构地铁隧道施工数值模拟分析

以天津软土场地某双线盾构地铁隧道为研究对象,数值模拟了地铁盾构隧道掘进过程,研究不同计算方法、不同隧道埋深以及不同双线净距对地表沉降的影响。研究结果表明,双线净距越大、隧道埋深越小时,等效圆法所得的地表沉降结果与工程经验相差较大,不适用于双线隧道盾构施工地表沉降预测;叠加法能考虑双线隧道的相互干扰作用,获得地表W形沉降曲线;双线净距较大且隧道埋深较小时,地表沉降呈W形沉降模式,其他情况下均为V形沉降模式,地表沉降最大值随着隧道埋深和双线净距的增大而减小。

基于有限元的基坑施工对周边轨道设施影响分析

以南山智谷大厦项目基坑施工对周边地铁轨道7号线影响为案例,利用三维岩土工程软件zsoil.pc v2016建模,对不同工况下基坑临近侧地铁钢轨及地铁隧道结构变形进行模拟仿真分析。根据仿真计算结果,分析施工过程中的不利工况,做好相应施工防范措施,确保周边轨道交通设施安全。

一种改进的区域对流层模型在TRACK中的应用

利用GAMIT软件估算香港连续参考站一年的对流层天顶延迟,建立了符合香港地区的以气象要素为参数的对流层改正湿延迟模型,且嵌入TRACK模块。经检验,TRACK模块中采用新模型比传统的Saastamoinen模型对提高GPS测量精度的贡献更为显著。

车辆服役环境对高速列车轴箱轴承温度的影响分析

构建考虑轴箱表面散热及轴承内部传热的功率损耗模型,分析轴箱轴承在不同服役环境下的载荷;综合考虑轴箱表面空气流场对流换热的影响,建立精细化轴箱轴承温度模型,分析不同服役环境对轴箱轴承温度分布和温度特性的影响,并通过轴承试验台验证模型的有效性。研究结果表明:当车辆速度由220 km/h增至300 km/h时,轴承的总摩擦力矩增大11.4%;当车轮多边形阶数由16阶增加到22阶时,摩擦力矩平均增大2.8%;轴箱轴承最高温度出现在内圈与滚动体接触的区域,最低温度出现在轴上且接近环境温度;当车速由220 km/h增加到300 km/h时,轴承的最高温度上升9.2℃,各节点处温度均有一定程度增加,当车轮多边形阶数由16阶增加到22阶时,最高温度平均升高1.1%;当多边形深度幅值由10 dB增加到18 dB时,最高温度平均升高1.4%。

激光发射系统轴头箱结构分析与优化

为提高轴头箱刚度,对激光发射系统的轴头箱进行结构优化。基于现有轴头箱结构,在光机装调完毕后,安装侧盖时会导致系统视轴与光轴之间的角度差变大,导致不满足使用要求。根据有限元法,对负载条件下的轴头箱进行静力学分析,得到其变形情况。相机箱体变形情况影响电视视轴指向,其角度变化可以直接用三角函数计算。反射镜法向量也会产生变化,采用最小二乘法对反射镜反射面的节点数据进行拟合,通过拟合数据获得反射镜的法向量,计算其光轴角度变化情况。通过优化轴头箱结构形式,改变轴头箱结构与箱体盖板之间的重量分配,减少装调完毕后需要增加的负载重量,从而改善跟瞄视轴与激光发射轴平行度的稳定性。根据有限元分析结果,优化后的轴头箱结构,安装侧盖对视轴与光轴之间角度差影响不超过1″。通过实验证明,优化后的轴头箱结构具有更好的刚度。