考虑数据不平衡的轨道交通装备液压系统内泵泄漏智能诊断方法研究

针对液压系统内泵泄漏诊断的数据集不平衡问题,提出了一种两阶段处理方法,使用变分编码器对少数类样本进行合成,将少数类故障样本补全到和正常样本一致。再使用焦点损失对故障分类模型进行训练,增强分类器对难分类样本的诊断能力。所提出方法经过消融实验验证,能够有效处理不平衡数据集。

中国高速轨道交通空气动力学研究进展及发展思考

总结了中国高速轨道交通空气动力学研究进程的起步、积累、发展、深化、提升和引领等六个阶段。论述了提出的以列车空气动力学、列车/线桥隧空气动力学、车/风/沙/雨/雪环境空气动力学、弓网空气动力学、人体空气动力学为主要内容的高速轨道交通空气动力学研究进展。包括发现探明了相关的形成机理、激化过程、响应特性、影响规律、减缓途径、改善措施,提炼出了一套基础理论,突破了系列关键技术,以及全面的工程应用。解决了空气动力制约高速铁路发展、恶劣风环境影响行车安全等关键科学技术问题。介绍了高速轨道交通空气动力学专用实验平台群,包括动模型实验系统、交变气动压力下人体舒适性/车体刚度/气密性综合实验装置、风/沙/雨/雪气动实验平台群、视觉检测系统、在线实车实验系统、兼用风洞群、数值仿真平台。最后讨论了正在开展的研究和进一步发展的思考。

面向轨道交通课程的国际化教学模式探索——以高等流体力学课程为例

随着全球科学技术日新月异、人才竞争日益激烈,开设高质量研究生国际化教育课程、培养具有高素质的国际化综合型研究人才,已成为提升国家轨道交通综合科研实力的必然趋势。该文以轨道交通专业课程高等流体力学为例,对加强教学团队建设、丰富教学内容、优化教学方法及完善考核机制等方面的课程改革措施进行详细介绍,为轨道交通相关专业的国际化课程教学模式探索提供借鉴。

铁路超限货车曲线通过时车货位姿解算与安全评估研究

大型变压器与发电机定子等超限装备的铁路安全运输,是确保国家输电重点工程建设顺利实施的重要保障.针对超限货物装载边界与转向架之间的安全干涉空间计算校核,传统动力学仿真存在建模过程复杂、计算效率低等问题,本文提出一种基于多级底架点-弦几何表征的超限货车曲线通过安全空间评估方法;建立了以曲线半径等线路参数、小/中/大底架心盘间距等车辆参数为输入的转向架-货物界面安全空间距离的理论解析模型,并分别通过动力学仿真进行了验证,不同导向方式下15种不同半径曲线通过的允许安全货物装载长度误差在3.68 mm以内、相对误差低于0.028%.本文提出的车货位姿解算评估方法,能准确高效地计算超限车辆运行过程中货物与转向架的安全干涉空间,可为铁路超限专列的安全开行提供科学计算依据.

蜂窝夹层结构芯子剪切模量的实验方法

蜂窝夹层结构凭借其优良的力学性能在航空、船舶制造和车辆碰撞防护领域得到了广泛应用。蜂窝夹层结构剪切性能的测量一直是工程人员重点关注的问题,测量蜂窝夹层结构芯子剪切模量时常采用平面剪切实验方法,但对于大厚度蜂窝夹层结构平面剪切实验实现难度大,为改善这一问题,分别采用理论预测分析、平面剪切实验和三点弯曲实验的方法对蜂窝夹层结构芯子剪切模量进行测量,对比3种测量方法的差异性。利用等效板理论进行理论分析,得出芯子剪切模量的理论预测值;依据ASTM C273和ASTM C393试验标准,对蜂窝夹层结构开展了平面剪切实验与三点弯曲实验,利用ABAQUS有限元软件对平面剪切实验和三点弯曲实验分别进行了模拟仿真。结果表明:利用最小势能原理和最小余能原理进行理论分析,可以得出芯子剪切模量的预测值,预测结果误差在16%左右;平面剪切实验的测量结果较为精准,当蜂窝夹层结构厚度增大无法提供剪切试验台实验时,可以使用平面剪切有限元仿真方法获取;三点弯曲实验方法测量误差结果在10%左右,通过对三点弯曲试验的有限元模拟分析,研究三点弯曲实验中跨距深度比对试件剪切模量测量的影响,调整三点弯曲跨距深度比a/d为5时,误差能降低到4%以内。

轨道车辆牵引电机轴承的动力学建模与分析

轨道车辆牵引电机轴承是重要的旋转支承部件,其高速运转过程中内部元件间产生复杂的接触、碰撞与冲击,是滚道表面疲劳损伤、保持架破损与电机振动噪声的重要来源,深入理解牵引电机轴承运转过程中内部元件的动力学特性,对于提高该关键部件的设计与运维水平具有重要意义。首先,以牵引电机圆柱滚子轴承为研究对象,基于Lagrange多体动力学方法与耦合能量耗散的Hertz接触理论,考虑轴承各部件瞬态动态效应,建立轨道车辆牵引电机轴承的动力学模型。随后,通过与Harris经典理论分析结果对比,验证该模型的准确性。最后,对轨道车辆某型牵引电机轴承处于不同转速、载荷与径向游隙工况下的动力学特性进行分析。结果表明:低转速和径向载荷较小的情况下,在承载区滚子的接触载荷分布呈现较为明显的波动,随着转速加快和径向载荷增大,在承载区滚子的接触载荷分布波动趋于平缓。低转速和较大径向游隙的情况下,内圈质心轨迹朝向无序状态发展且有明显波动,当高转速和较小径向游隙时,内圈质心轨迹稳定且规律性提高,随着转速增大,内圈质心位移运动范围扩大。径向游隙增大的情况下,导致承载区滚子受力逐渐增大,滚子与内圈之间的相互作用力显著增加,从而内圈质心竖直方向加速度变大,运动范围变大且无序性增加。

轨道车辆碰撞试验台CO_(2)相变驱动过程仿真研究

由于现有设备条件下空气炮驱动的轨道列车碰撞试验台无法满足更高试验速度的要求,提出使用CO_(2)相变动力驱动试验车辆加速。基于质量守恒定律、能量守恒定律和CO_(2)真实气体模型,建立驱动系统做功过程数值模型;对模型求解后,通过试验验证模型计算精度;通过数值模型,对比研究空气与CO_(2)的做功性能,并分析储液缸初始压力、初始温度和驱动缸初始容积对CO_(2)做功特性的影响规律。结果表明:模型能够有效模拟CO_(2)液气相变驱动试验车做功过程;在结构条件相同且驱动工质的质量为170 kg、初始压力为20 MPa时,以CO_(2)作为驱动工质时驱动时间较空气缩短10.5%,试验车获得的末速度较空气增大21.2%;储液缸初始压力由8MPa增至20 MPa时,试验车末速度增大58.3%,加速时间减少32.2%;初始温度对驱动缸内CO_(2)相态影响较大,温度越低时,其相态越容易接近气液饱和线;驱动缸初始容积对加速时间、试验车过载和活塞所受冲击影响较大,初始容积为0.20 m3时较0.01 m3时最大过载减小23.07%,但所用时间增加20.9%。

基于空气炮的碳纤维板高速累积冲击实验

针对目前实验教学中复合材料高速累次冲击实验的复杂性和高难度,该研究以空气炮高速冲击实验系统为基础,设计了一种单位置多次累积冲击实验方案,旨在探索三维编织碳纤维板冲击损伤演化过程。通过使用高速摄影机和复合材料各向异性数值模拟方法,捕捉并对比了冲击前后的速度和应力分布,得出了损伤扩展的4个阶段。此外,碳纤维板在被完全穿透前,仍然保持96%~98%的高吸能比,具有稳定的抗冲击与吸能能力。该实验方案符合教育部实验金课“两性一度”的目标,具有较强的综合性和应用性,可为类似实验教学方案设计提供参考。

过盈配合工况下收缩管吸能特性分析及结构参数优化

轨道车辆收缩管在轴向冲击载荷及过盈配合下的吸能特性是吸能结构研究中的重要课题,其吸能过程依靠收缩管与锥形衬套之间的摩擦做工及收缩管的塑性变形实现,过盈配合通过影响收缩管与衬套间的接触力提高收缩管的能量耗散。为提高收缩管的吸能特性,研究过盈配合对吸能能力的影响,采用试验与有限元模型相结合的方法,基于多目标优化算法获取包括过盈量在内的收缩管最优结构参数。进行空心轴与轴套过盈静压试验,验证接触力理论公式的正确性;利用台车冲击试验研究收缩管碰撞过程中的吸能特性,构建有限元模型进行验证;推导过盈配合条件下收缩管接触表面压力的理论模型;使用全因子和Hammersley设计方法对过盈配合工况下收缩管结构参数进行研究,包括厚度(T)、过盈量(I_(ntf))、锥角长边(α_(x))和收缩比(R_(atio))。基于此,利用移动最小二乘法(MLSM)构建峰值力(PCF)、比吸能(SEA)和平均力(MCF)的近似模型。主效应分析表明,收缩比对PCF、SEA和MCF的影响最为显著。以获取最小PCF、最大SEA以及MCF最接近设计要求650 kN为优化目标,进行全局响应面(GRSM)优化,获得最优结构配置,与初始设计相比,SEA提高28.54%,PCF降低12.37%。代理模型最优解得出的MCF与有限元模型误差为2.01%,证明构建的代理模型具有较高的精度,可用于优化计算。优化后的结构有效提高了收缩管的吸能能力,降低了碰撞的初始峰值力。

400 km/h高速列车过隧道时列车风特性研究

为探明400 km/h高速列车在隧道内运行时的列车风特性,采用三维、非定常、可压缩和可实现的k-ε湍流模型进行数值模拟计算,分析隧道内列车风时域演变特征和空间分布特征,并按照列车各部分到达和驶离测点的时间对车体周围流场进行分区,采用5个特征参数衡量各区域内列车风速度的变化,探讨列车编组长度和隧道长度对列车风的影响。研究结果表明:隧道内列车风时域变化特征受列车运行位置和隧道内压力波传播的显著影响;列车风正峰值会随着列车编组长度、列车速度的增大而增加,且峰值到达时刻分别延后和提前,8车编组对应的列车风正峰值相较于3车编组时增加68.75%,400 km/h时的列车风正峰值相较于300 km/h时增加22.65%;同种隧道长度下的列车风速度最大正峰值出现在隧道中点位置处,且此处的波动更为剧烈复杂,主要是压缩波和膨胀波叠加得更加频繁。长隧道内压力波系叠加对列车风速度峰值的影响减弱,当隧道长度达到3 km时,列车风正峰值相较于1 km长度时下降30.70%。

基于机器学习的长编重联动车组碰撞能量管理方案优化

为有效缓解交通运输压力,采用动车组重联运行可以成倍提高载客量,然而一旦发生碰撞事故,巨大的碰撞能量将造成严重的乘员损伤和财产损失,长编重联动车组碰撞能量管理已成为重点研究对象。本文提出均匀耗散和集中耗散2种碰撞能量管理模式,以头车和中间车车端的吸能装置平台力和压缩行程为设计参数,基于KNN、MLS、RBF和RF的4种机器学习算法,开展长编重联动车组碰撞能量管理方案优化设计。研究结果表明:预测头车吸能量和中间车自身耗散能量方差的最优机器学习模型分别是MLS和RBF,相对误差均在4%以内;头车和中间车的吸能元件平台力是影响头车界面吸能量的主要参数,中间车吸能装置参数是影响中间车界面碰撞能量分布是否均匀的主要参数;集中耗散模式下头车和重联界面吸收了碰撞能量48.24%,中间车界面吸收了碰撞能量51.76%,该能量分配模式要求头车前端吸能装置具有更高的吸能量;均匀耗散模式下头车和重联界面吸收了22.75%的碰撞能量,中间车界面吸收了77.25%的碰撞能量,该能量分配模式会增大车间距导致列车长度增加;优化获得的2种碰撞能量管理方案都能在时速36 km/h对撞工况下保证长编重联动车组车体结构完整,且车体120 ms最大平均加速度分别为2.64g和2.36g。

基于列车运行安全的青藏铁路大风预测优化模型与算法

为减轻青藏铁路恶劣大风天气对列车行车安全的影响、对沿线风速进行准确地预测预报,运用时间序列法对格尔木-拉萨段16号测风站实测风速建立时序预测模型,并进行多步预测仿真计算.为提高时序预测模型精度,通过改进时间序列法建模流程,引进卡尔曼滤波智能算法,提出了2种适合于不同预测步长和精度的优化算法.预测实例表明:优化算法将时序模型的超前1步预测平均相对误差从4.89%降低为2.51%,超前5步预测平均相对误差从9.77%降低为5.62%,并明显改善了时序模型的预测延时现象.

城市轨道车辆吸能结构设计

为了实现车辆在碰撞事故中的被动安全保护,综合运用比吸能较高的方管、圆管及蜂窝铝等不同吸能元件,设计一种城轨车辆用可更换的两级吸能组合吸能结构,并运用显式有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA进行25 km/h撞击速度下碰撞仿真分析。研究结果表明:吸能结构发生了有序可控的两级塑形变形,第一级为铝蜂窝压缩变形,其变形行程为151.1mm,撞击平台力约为154.8 kN,吸能量为24 kJ;第二级为方管叠缩和圆管挤压变形,变形行程约为307.6 mm,平台撞击力为732.5 kN,吸能量为190.2 kJ。为城轨车辆用吸能结构设计提供新思路。

蜂窝轴向压缩实验与仿真分析方法研究

基于蜂窝结构轴向压缩实验,在显式动力学有限元分析仿真平台,研究单元网格大小以及蜂窝封板连接的不同模拟方法对蜂窝结构轴向吸能特性的影响。研究结果表明:单元网格尺度由2 mm减小到0.5 mm时,蜂窝结构的变形模式与实验结果逐渐吻合,蜂窝结构的平台力、平台强度以及吸能量逐渐收敛,与实验结果相比最大误差分别从30%左右降至1%左右。封板连接方式对蜂窝吸能的平台力、平台力以及吸能量影响较小,对蜂窝结构的变形模式影响更加明显,结点耦合与接触固连方式下蜂窝变形模式相似,胶接方式更符合实际情况。

转向架腹板结构对高速列车气动噪声的影响

随着列车运行速度的不断提高,气动噪声问题日益突出,需要有效控制高速列车的气动噪声。为降低高速列车转向架区域的气动噪声,基于IDDES模型与FW-H声学方程,建立转向架不安装腹板及安装腹板的1:8缩比模型,通过数值仿真探究400 km时速下,转向架区域安装腹板后流场特性、噪声源强度、远场辐射噪声频谱特性和声压级幅值的变化,分析腹板对整车及转向架区域气动噪声的影响。研究结果表明:转向架区域底部安装腹板后,腹板的导流作用减缓了转向架部位的流体冲击和流体相互作用,抑制了转向架区域涡的形成,各频率下,转向架前、后轮对及构架的脉动压力级明显减小,有效降低了转向架区域气动噪声源的强度;转向架安装腹板后,各测点在200~1 000 Hz以及2 000 Hz以上频段的声压级幅值下降,其远场辐射噪声总声压级幅值也有所降低,其中,整车远场辐射噪声总声压级平均值降低2.33 dB(A),转向架辐射噪声总声压级平均值降低4.03 dB(A),转向架辐射噪声能量占整车辐射噪声能量的比例从53.2%下降到27.8%,转向架区域气动噪声得到有效控制;头车一位端转向架的降噪效果最好,辐射噪声总声压级平均值下降了5.88 dB(A),腹板对转向架辐射噪声的控制主要体现在对前、后轮对及构架等部件辐射噪声的控制。研究结果可为进一步优化高速列车气动噪声提供一定参考。

轨道车辆大吨位组合式承载结构测力墙设计方法

耐冲击吸能列车已经成为世界各国轨道车辆被动安全防护技术的重要手段,轨道车辆碰撞试验是评估耐冲击吸能列车的重要方法。轨道车辆碰撞试验接触面大和撞击力大,现有的测力墙结构并不能满足测试需求。采用单因素法分析传感器间距d,传感器数量n和碰撞面板厚度h对整块式测力墙碰撞响应的影响,提出分块式和整块式面板组合的大吨位承载结构测力墙设计方法,并针对某地铁车端底架主吸能结构的测试要求,开展大吨位测力墙结构设计。通过台车碰撞试验,得到结构的撞击力大小及分布规律。试验与仿真结果趋势一致,相差不超过5%,满足轨道车辆碰撞试验大吨位撞击力测试的工程需要。

风沙环境下内燃机车内部沙相分布特性分析

为了研究阿联酋机车在不同横风风速情况下的风沙环境中以200 km/h的速度运行时,进入车厢的沙粒在车厢内的分布情况,利用计算流体动力学软件STAR-CCM+对其进行数值模拟计算。仿真均采用0.01 mm的沙粒粒径,得到沙粒在机车内部的流动情况。计算结果表明,机车在风沙环境下运行时车厢内部受到的压力和流场速度都增大;而随风沙流进入车厢内的沙粒数量随着横风风速的增大而减少,由于入射角的差别,风速在15 m/s时进入车厢内的沙粒数量略少于其他工况。沙粒进入车厢内易产生堆积,主要发生在发动机、柴油机和制动气缸处,均靠近冷却室,因此在机车运行时,应注意这些设备的防护,且为了针对性地对设备进行防护,可以尝试设计改变冷却室位置,减少堆积。

轨道车辆车钩多元载荷识别与测量方法研究

提出一种温度自补偿组合电桥式的车钩多元载荷测量系统及解耦识别方法。首先,考虑纵向拉伸、点头、摇头弯曲作用下钩体对称面的应变特性,建立基于四钩面应变和、对称钩面应变差感知的纵向拉伸、横向摇头与垂向点头载荷识别理论模型;然后,通过在各钩面布置正交组合应变阵列并进行组桥设计,实现对各钩面的应变四则运算和日照差异导致的温度零漂自适应补偿,并通过温度补偿试验与常规功能桥路进行对比;最后,通过多向加载试验对车钩载荷识别系数进行标定,并对标定的理论模型进行耦合随机加载验证。研究结果表明:该车钩多元载荷测量方法可有效补偿温度漂移,三向载荷的识别精度在2 kN以内,可以满足现场实际工程应用需求。

基于组合客观赋权法的交通信用评级方法

为了解决交通信用评级问题,基于组合客观赋权法对交通运输企业进行了合理评级。分析了交通信用评级指标的构成;利用组合客观赋权法结合连续式3-sigma准则获得了交通运输企业的信用得分,并采用区间式3-sigma准则对交通运输企业信用进行评级;以厦门市各运输企业的信用相关指标数据为例进行算法性能分析。研究结果表明:企业监督检查(cs)权重最大;对于企业信誉考评指标而言,其权重随着信誉等级的下降而降低。

高速列车排障装置安全防护性能演化综述

随着高速铁路的大规模发展,列车运行安全性成为人们关注的焦点,排障装置作为高速列车安全保障技术的重要组成部分,其安全防护性能研究成为关键。本文首先回顾排障装置发展历程,对高速列车排障装置的结构演变及国内外相关要求和标准的变化进行分析,指出标准在动态场景负载指标和能量上限要求上有所缺失;其次从排障性能、耐撞性和除雪特性3个方面阐述高速列车排障装置安全防护性能的发展演化过程,提出雪体材料模型的构建对于除雪仿真研究至关重要,开展冲击试验、除雪试验是探究高速列车排障装置力学特性的重要手段;指出将排障、耐撞性和除雪特性进行一体化协同设计及进一步提升高速列车排障装置的综合防护性能是未来研究的重点。