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。

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%。

不同初始姿态下城际列车车钩碰撞特性及脱轨风险分析

列车碰撞时车钩缓冲装置经常存在初始姿态偏置,影响列车运动姿态,增加脱轨风险。本文以某城际列车全自动车钩为研究对象,建立车钩非线性有限元模型,并与台车冲击试验进行对比验证,在此基础上建立城际列车头车对撞模型,研究初始位移偏置和角度偏转对车钩的碰撞特性及列车脱轨风险的影响。研究结果表明:随着初始偏置及偏转程度的增加,车钩点头角及摇头角稳定值逐渐增大,且不同初始姿态对车钩转角的影响程度不同,点头角对初始垂向偏置和点头偏转较为敏感,摇头角对初始横向偏置和摇头偏转较为敏感。此外,初始姿态对主动车的轮对抬升有重要影响,当车钩点头角随偏置及偏转增大而明显增大时,车体所受垂向力增加,转向架轮对抬升量变大,列车更易出现脱轨现象。

热处理工艺对SLM打印波纹管耐撞性影响

为了获得稳定的轴对称变形模式和较好的耐撞性,设计轴向轮廓为正弦曲线的薄壁锥形波纹管。采用SLM制备AlSi10Mg合金试样和波纹管,并进行拉伸实验和波纹管轴向压溃实验,采用实验和数值仿真研究退火、固溶和T6热处理对波纹管轴向压缩下耐撞性的影响。研究结果表明:265℃退火热处理后,波纹管在静压下出现裂纹失效,与未热处理相比,AlSi10Mg合金试样经T6热处理后伸长率由4.7%提升至13.8%,拉伸强度由413.2 MPa降低至135.3 MPa。波纹管压溃力波动范围随伸长率增加而减小。经265℃、2 h退火处理后,波纹管峰值力达到最大为7.11 kN,压溃力波动幅值最大,压溃力效率为65.9%。经T6热处理后,波纹管峰值力降到最小,为4.75 kN,压溃力波动为所有波纹管中最小,吸能量最少,为279.12 J。与T6热处理相比,经295℃、3 h退火热处理后,波纹管平均压溃力达到5.09 kN,提升了16%,吸能量达到最大,为341.24 J,提升了18.5%。为了提升SLM打印的波纹管耐撞击性能,热处理工艺需要在保证伸长率的同时尽量提高材料强度。

轻量化高速列车制动盘材料-结构研究进展

400 km/h高速列车紧急制动的强热负荷,导致制动盘温升高、温度分布梯度大和热衰减强,已超出钢质制动盘能载极限,开发耐高温强耐磨的制动盘材料,同时提升制动盘通风散热能力成为制动技术发展瓶颈。综述高速制动盘材料从高强度铸钢和锻钢、轻量化铝基复合材料至耐高温耐磨碳陶复合材料和表面改性技术发展历程,随着碳陶复合材料的台架试验和表面改性技术的摩擦磨损试验研究的深化,表面改性轻质复合材料是制动盘材料未来发展方向。概述通风制动盘内部散热层散热筋结构形貌优化、摩擦层表面耐磨性能改善的发展现状,内部散热筋由直通道设计逐渐演化为弯曲、支柱以及分形通道,镂空结构能更好地加速空气流动提高散热;表面摩擦层引入打孔或划线,更易于摩擦粉尘的抛离从而稳定摩擦因数,保持制动效果;但复杂通风导流结构和打孔划线增加了制备工艺的难度,提出高速制动盘结构构型设计需要综合材料热力学性能、制备工艺及耐热耐磨需求,形成材料-结构-功能—体化设计理念,为实现更高速的制动盘优化设计提供参考。

中低速磁浮列车双线隧道交会时的气动特性研究

为探明速度140 km/h的中低速磁浮列车在双线隧道内交会时隧道壁面和车体表面压力变化情况,文章采用数值计算方法研究了车/隧不同参数对隧道壁面和车体表面气动性能的影响,并对比了不同编组长度的列车和不同隧道净空面积对列车车内压力的影响。研究结果表明,4车编组的磁浮列车在双线隧道中部交会时,隧道壁面测点的压力变化峰峰值与隧道净空面积的1.379次方成反比,车体表面压力测点的变化峰峰值与隧道净空面积的1.231次方成反比。当隧道净空面积为66.2m^(2)时,在气密性指数为0.5s条件下,8车编组列车在隧道内交会引起车内测点的3s压力变化值相较于4车编组列车增加102.2%,而在气密性指数为8s条件下该比例降低至50.4%。文章的研究结果可为中低速磁浮隧道工程建设提供参考依据。

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。

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。

低真空管道磁浮列车交会激波流场特性分析

为了解决管道列车高速运行时产生的激波等气动效应问题,通过建立三维仿真模型,针对不同阻塞比、线间距和列车外形,基于DES湍流模型,开展非稳态数值模拟研究,分析列车在低真空管道内交会时的激波流场结构、管道壁面压力、列车表面压力。研究结果表明:随阻塞比的增大,列车前端壅塞长度增加,且正压区域压力增大,激波反射更加剧烈,尾流激波反射强度增大,激波串长度加长;阻塞比增大有助于增大激波和膨胀波的入射角,从而增大激波和膨胀波的反射次数。随线间距的增大,管道内压力波动幅度相对增大,但改变线间距对管道内激波流场结构、管道壁面压力、列车表面压力的影响不大。列车头部压力和尾部激波强度与流线型长度存在一定的关系,随着列车流线型长度的增加,列车前端壅塞长度缩短,车头前端高压区壅塞强度和车尾末端尾流区域激波反射强度均减小。

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。

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。

轮轨作用力与垂向载荷位置的轨旁识别法研究

为解决现有轮轨作用力识别方法存在的制作工艺复杂、制作成本高且无法实现轮轨接触位置测量的问题,提出一种测量水平横向和垂向轮轨接触力大小以及垂向载荷偏心位置新的轨旁识别方法。基于轮轨接触多元载荷解耦建立横向和垂向轮轨接触力大小和垂向接触力作用位置与钢轨腹板两侧垂向应变和、应变差的理论关系模型,依此得到基于腹板两侧应变运算的轮轨力大小与位置识别反算模型。设计了作用在腹板左、右两侧的正交组合式应变阵列电桥用于识别轮轨接触载荷在轨道腹板位置的应变响应,所设计的阵列电桥在实现腹板两侧应变的四则运算的同时兼顾温度自补偿。通过加载标定试验获取了多元载荷与腹板两侧应变输出之间的关系系数。通过随机组合加载试验验证了水平横向和垂向轮轨接触力大小与垂向接触力作用位置的识别精度,并在实车试验中对比分析了新型轮轨接触力测量方法与国标轮轨载荷测量方法对轮轨接触力大小的识别精度。研究结果表明:提出的轮轨接触力识别方法对接触力大小的识别误差在6.2%以内、对垂向载荷偏心位置的识别误差在7.6%以内,实现了使用轨旁识别方法对轮轨接触力大小和垂向载荷偏心位置的准确识别。研究结果为进一步保障钢轨服役可靠性的精准评估提供科学数据支撑。

升力翼高速列车前后翼干扰特性研究

在高速列车车顶安装升力翼旨在通过提高列车气动升力减小轮轨作用力,是一种新型等效减重的手段。升力翼安装到高速列车顶部后,其工作环境与航空相比有很大不同,升力翼与升力翼之间存在相互干扰。以三车编组1꞉10缩比某型CRH高速列车模型为研究对象,采用改进型延迟分离涡模拟(IDDES)方法,分别针对不同高度和不同间距布局的两翼高速列车进行数值模拟分析,探讨前后升力翼布局对升翼力列车气动力和周围流场结构的影响规律及其作用机理。研究结果表明:对于不同间距布局,当后翼距离前翼过近时,前翼翼尖涡流的干扰导致流速加大,压差变小,最终使气动升力有所降低;而当前后翼间距过大时,即后翼远离前翼尾流干扰范围,后翼由于无法受到前翼下洗气流的正向作用,使得升力减小。对于不同高度布局,错落式布局下前翼的尾流涡旋由于高度差的原因远离后翼,相较于等高式布局,错落式布局中前翼尾流对后翼造成的干扰程度较小。错落式布局的列车整体升力性能优于等高式布局的列车整体升力性能,且前低后高式布局下,列车的增升效果最好。综合不同间距和不同高度布局的结果可知,对于两翼高速列车,翼间距为0.90H时前低后高式布局的整车气动性能最优,尤其是列车升力可以得到显著提升。

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。