• ISSN 0258-2724
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2012年  第25卷  第2期

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论文
高速铁路隧道缓冲结构的气动作用分析
李人宪, 关永久, 赵晶, 赵继维
2012, 25(2): 175-180. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.001
摘要(1786)
摘要:
采用计算流体力学数值分析的方法，仿真计算了高速铁路隧道入口缓冲结构参数对列车进入隧道时的气动作用影响。计算分析了过渡段长度的影响；缓冲段长度的影响；缓冲结构开孔率的影响；缓冲结构入口形式的影响；以及缓冲结构对隧道内会车压力波的影响。计算结果表明，过渡段长度和缓冲结构入口形式对隧道内气动影响很小，缓冲段长度并非越长越好，其他参数一定时缓冲段长度存在一最优值；缓冲结构上开孔有助于减小气体压力升高率，但会使压力波峰值压力增大；缓冲结构的存在有助于降低隧道内会车压力波峰值。
埋入式连续桩板结构温度效应计算方法
苏谦, 白皓, 黄俊杰, 李星
2012, 25(2): 181-186. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.002
摘要(1625)
摘要:
为探讨埋入式连续桩板结构温度效应的计算方法,在分析超长框架结构温度作用计算方法的基础上,提出了埋入式连续桩板结构温度效应分区的概念,建立了温度作用计算模型;引入变形协调原理,同时考虑板-填料、桩-土相互作用特性以及钢筋混凝土桩列的不同弹塑性性质,导出了埋入式连续桩板结构温度力的计算公式.理论计算和实测结果表明,纵向位移的理论值是实测值的1.2倍,用此计算方法分析埋入式连续桩板结构的温度效应是可行的.
循环荷载下道砟破碎老化离散单元法仿真分析
 , 井国庆, 2, 封坤, 高亮, 王俊
2012, 25(2): 187-191. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.003
摘要(1461)
摘要:
为从细观力学上反映道砟与轨枕的相互作用机理以及道砟颗粒的破裂过程,建立了道砟-轨枕离散单元模型,对循环荷载作用下道砟破碎老化进行了仿真.道砟由不规则圆盘簇组成,分为不可破裂与可破裂颗粒,并施加单调荷载和循环荷载.结果表明:相同荷载下,加载时轨枕与道砟的接触力大于卸载时;破碎道砟颗粒集中在轨枕下方,道砟颗粒破裂产生的沉降是造成轨枕沉降的主要原因,沉降量随道砟颗粒强度的降低而增大.
涵洞地段道砟垫的减振特性
李培刚, 刘学毅, 郝远行
2012, 25(2): 192-197. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.004
摘要(1408)
摘要:
为了给涵洞地段道砟垫的设计和优化提供理论依据,根据轮轨系统耦合动力学理论和有限元方法,建立了车辆-轨道-涵洞垂向耦合振动模型;采用大型通用显式动力分析程序LS-DYNA分析道砟垫对轨道和涵洞动力响应时频特性的影响,并对道砟垫的合理刚度进行了研究.结果表明:采用道砟垫不会加剧轮轨动力作用和影响行车安全,而且可显著减小涵洞的动力响应;道砟垫对钢轨振动的影响不大,对轨枕振动有一定减振作用,但对道砟振动有不利影响;道砟垫的合理面刚度为50~100 MPa/m.
轨道高低实际调整量的影响因素
魏贤奎, 全顺喜, 王平
2012, 25(2): 198-203. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.005
摘要(1779)
摘要:
为了探讨轨道高低不平顺(轨道高低)实际调整量与计算调整量的关系,提出了轨道高低调整量的计算方法;建立了钢轨-扣件-轨下垫板耦合计算模型;对轨下垫板垂向刚度、轨枕间距、松开扣件个数和调整枕个数等影响因素进行了分析.研究结果表明:调整枕只有1个时,轨下垫板垂向刚度对调整量的影响较大;轨枕间距和松开扣件个数对调整量的影响较小;连续多个轨枕调整且计算调整量相同时,中间部分调整枕的调整量可以达到计算调整量.
钉形粉喷桩加固海相软土地基的现场试验研究
谢胜华, 2, 刘松玉, 杜广印
2012, 25(2): 204-209. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.006
摘要(1464)
摘要:
针对常规粉喷桩处理海相软土地基中存在的搅拌不均匀、桩身强度低等问题,提出了钉形双向搅拌粉喷桩的施工工艺.以连云港至临沂高速公路软基处理项目为例,进行了现场单桩施工扰动、单桩静载试验,并对试验过程中的孔隙水压力、土压力等参数进行监测.结果表明:钉形粉喷桩由于上部桩径扩大且进行复搅，使变径深度处的超静孔隙水压力最大,且超过土体的上覆有效应力,单桩施工影响在5~10倍桩体半径范围内；由于增大了上部桩径,承载力比相同直径的双向搅拌粉喷桩和常规(单向)粉喷桩的单桩极限承载力分别提高了36%和76%.因此，钉形粉喷桩具有对施工扰动小、单桩承载力高等优越性.
侧向风作用下车-桥系统的气动特性基于风洞试验的参数研究
李永乐, 胡朋, 张明金, 2, 徐幼麟
2012, 25(2): 210-217. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.007
摘要(1623)
摘要:
为考虑侧向风作用下车辆运动对车-桥系统气动特性的影响,基于研制的移动车辆模型风洞试验系统,针对轨道交通车辆和公路交通车辆,分别采用三车模型和单车模型,测试了不同工况下车辆、桥梁的气动力系数,讨论了车速、风向角、车辆在桥上所处轨道位置以及车辆类型等因素对车辆和桥梁气动特性的影响.研究表明,随着车速的增大和合成风向角的减小,车辆阻力系数和升力系数存在增大的趋势,车速对单车模型气动力系数的影响更显著；车辆在桥上所处轨道位置不同对车辆、桥梁气动力系数的影响均较大,桥梁气动力系数对车速和合成风向角不敏感.
基于节段模型试验的悬索桥涡振抑振措施
孙延国, 廖海黎, 李明水
2012, 25(2): 218-223. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.008
摘要(1749)
摘要:
为研究大跨度悬索桥涡激振动性能,并提出有效的涡振抑振措施,以某大跨度钢箱梁悬索桥为工程背景,通过 1∶20大尺度节段模型风洞试验,在低阻尼下研究了人行道栏杆、检修轨道、导流板对主梁涡激振动性能的影响;通过在检修轨道内侧设置导流板抑制主梁的涡激振动,并基于试验现象探讨了涡激振动发生的机理.研究表明,在检修轨道内侧设置导流板抑制主梁涡激振动的措施使桥梁断面的气动外形更合理,抑振效果好,且结构形式简单,便于工程应用.
三维波浪作用下大直径圆柱绕流的数值模拟
 , 祝兵, 宋随弟, 谭长建
2012, 25(2): 224-229. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.009
摘要(1305)
摘要:
为探讨三维波浪与结构物的相互作用,以两相流概念、大涡模拟的不可压缩粘性流体运动方程和自由水面追踪分段线性近似的流体体积(VOF)法为基础,建立了三维波浪与结构物相互作用的数学模型;对三维波浪作用下大直径圆柱绕流进行了数值模拟,用两步边界定位法和虚拟边界力法确定波浪与结构物接触面.结果表明:大直径圆柱绕流系数的数值计算结果与理论解吻合,所建立的数学模型能够很好地模拟三维波浪与结构物的相互作用.
耦合损伤时相关疲劳失效模型的有限元实现
 , 罗艳, 高庆
2012, 25(2): 230-235. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.010
摘要(1771)
摘要:
为了将耦合损伤时相关疲劳失效模型移植到有限元软件ABAQUS中,使其能够对钎料合金简单结构试样的非比例多轴低周疲劳失效行为进行有限元模拟,通过ABAQUS提供的材料子程序UMAT对其进行了有限元实现,并通过典型算例对简单结构试样在非比例加载路径下的低周疲劳失效行为进行了有限元数值模拟.与相同加载路径下的实验结果比较表明:移植的模型能够较好地模拟钎料结构试样的载荷响应及载荷随循环周次的衰减,同时也能较好地预测其低周疲劳寿命,说明该疲劳失效模型的有限元移植是合理有效的.
矩形单元内癸酸熔化特性的数值模拟与实验
袁艳平, 曹晓玲, 白力, 杨晓娇
2012, 25(2): 236-240. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.011
摘要(1545)
摘要:
采用焓-多孔介质模型模拟右侧恒温加热的矩形单元内癸酸熔化过程，实验中相变单元前后均设置玻璃观察窗,通过拍照法捕捉相界面位置，验证了模拟计算的准确性，在此基础上,研究了癸酸在不同边界温度条件下熔化时矩形单元内温度分布及相界面变化情况,并分析了癸酸熔化平均努谢尔特数及熔化速率的变化规律.结果表明:平均努谢尔特数随傅里叶数增加逐渐下降,且下降速率渐缓;熔化速率随壁温单调增加,熔化分数与斯蒂芬数、瑞利数、傅里叶数成指数关系,指数系数分别为0.663 5、0.190 6、0.853 5.
二齿差滚动活齿传动多目标稳健优化设计
梁尚明, 孙强, 姚进
2012, 25(2): 241-245. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.012
摘要(1634)
摘要:
为了提高二齿差滚动活齿传动的设计水平和设计质量,将优化设计理论与稳健设计方法相结合,在考虑设计变量和设计常量的偏差对可行域影响的基础上,建立了二齿差滚动活齿传动的多目标稳健优化设计数学模型.基于模拟退火算法,提出了该模型的求解方法,给出了计算实例. 计算结果表明：与应用普通优化方法得出的优化结果相比较,基于模拟退火算法的稳健优化设计所得的二齿差滚动活齿传动的体积缩小24.1%.
X65管线厚板控制冷却时的相变效应
 , 张德丰, 2, 陆建生, 宋鹏, 吕建国
2012, 25(2): 245-251. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.013
摘要(1649)
摘要:
为明确相变效应对X65管线厚板控制冷却的影响,通过开发线性混合热膨胀模型、拓展Avrami相变动力学模型和应用Leblond模型建立了热力耦合有限元模型．用该模型研究了X65管线厚板在上下层流冷却系数分别为3和1 kW/(m2K)的非对称控制冷却时，相变效应对温度、残余应力和应变的影响.结果表明:相变期间,潜热减缓心部和下表面的冷却速度达50%、25%;潜热和TRIP效应分别产生峰值为89、-89 MPa，并且130、-170 MPa的应力可减小整体残余应力;相变膨胀产生峰值为723、-479 MPa的组织应力决定了整体残余应力大小及分布.
用离散元方法研究颗粒外形对摩擦机理的影响
杜欣, 曾亚武, 高睿, 颜敬, 曹源
2012, 25(2): 252-257. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.014
摘要(1339)
摘要:
为了揭示颗粒外形对无粘性散体摩擦机理的影响,将无粘性颗粒材料之间的摩擦作用分解为颗粒间宏观咬合和微观咬合摩擦，运用不规则外形颗粒离散元建模方法,进行撞击模拟和自然安息角模拟,研究颗粒外形对微观咬合摩擦和宏观咬合作用的影响.数值计算结果表明,不规则外形颗粒集料摩擦因数近似为接触面摩擦因数的2倍,椭球体集料摩擦因数与接触面摩擦因数近似相等;颗粒外形不同使得颗粒运动状态呈现出滑动或滚动特征,并影响其宏观咬合特性及颗粒集料的摩擦性能
基于神经元的电液伺服系统同步控制
江小霞
2012, 25(2): 258-264. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.015
摘要(1612)
摘要:
为探讨电液伺服系统的同步控制方法,以一个四液压缸大型平台电液伺服同步控制系统为对象,采用实验数据辨识4个液压缸的数学模型,对神经元自适应控制器用于同步控制进行了研究和改进,提出了虚拟主动缸和混合同步神经元控制结构.仿真结果表明:采用虚拟主动缸的同步效果好,最大同步误差为0.260 6 mm,但需要建立1个液压缸的数学模型;采用混合同步神经元控制结构,不需要建立数学模型,可通过调节参数控制同步误差,较好地实现同步控制,3 和8 Hz正弦信号输入时最大同步误差分别为0.431 3和0.382 5 mm.
基于遗传算法的追踪列车节能优化
卢启衡, 冯晓云, 王青元
2012, 25(2): 265-270. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.016
摘要(1681)
摘要:
为了研究追踪列车的节能优化操纵策略,提出了四显示固定闭塞系统下的列车静态速度约束条件和追踪列车动态速度约束条件.在此基础上,建立了以列车操纵手柄级位和工况转换点为控制变量的追踪列车节能优化模型.采用染色体长度可变多目标遗传算法,结合外部惩罚函数对该模型进行了求解，并利用遗传算法中的染色体变长算子对列车操纵手柄变换策略进行了优化.在四显示固定闭塞平台上的仿真结果表明,该方法可在安全、准点的前提下,使追踪列车的能耗下降4.3%,运行时间误差减小1.7%.
保吸引子的鲁棒舵减横摇
涂建军, 2, 何汉林
2012, 25(2): 271-278. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.017
摘要(1442)
摘要:
为满足单舵或联动双舵结构设计舵减摇控制时的单输入要求,使控制器对海浪的扰动具有鲁棒性，针对一类受到持续扰动的系统,提出了保吸引子扰动抑制控制概念.结合反步设计方法、Barbalat引理和Lyapunov分析方法,通过求解代数Riccati方程,得到了该系统的标量自适应鲁棒控制器；将受控系统的状态抑制在一个有界的吸引子内,利用线性矩阵不等式给出吸引子最小化的判据,优化了扰动抑制控制.以渔政船1500HP在小风浪中的弱混沌横摇现象为例,用本文设计的扰动抑制控制器作为操舵力矩进行混沌横摇控制,通过数值仿真验证了保吸引子扰动抑制控制的效果.结果表明:保吸引子控制器使横摇系统的状态快速收敛,并将其抑制在预设的吸引子内,优化吸引子控制器能使吸引子进一步压缩.
一体化客运轨道交通运输体系构建模式
贺东, 朱健梅
2012, 25(2): 279-284. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.018
摘要(1314)
摘要:
为了满足城市发展和旅客出行对客运轨道交通运输体系的需求，界定了客运轨道交通运输系统为包括铁路和城市轨道交通在内的广义系统，分析了传统铁路列车停站模式的弊病，提出了构建客运轨道交通系统的基本原则，即以人为本原则、整体效益最优原则和与城市发展相协调原则，构建了一体化客运轨道交通运输体系.根据铁路和城市轨道交通的不同衔接形式,提出了替代兼用、共轨运输和枢纽换乘3种构建一体化客运轨道交通运输体系的基本模式.通过对传统模式的适应性、城市位置、铁路现状、铁路新建或延伸走向、城市轨道交通现状及规划、技术条件、运输组织7个条件的判别，得出了适用于23种不同特性城市构建模式的选择结果，为一体化客运轨道交通运输体系的构建提供了决策支持.
基于灰色神经网络的点速度预测模型
吴志周, 范宇杰, 马万经
2012, 25(2): 285-290. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.019
摘要(1367)
摘要:
为了克服交通流时空不稳定性导致的检测数据误差，提高预测点速度的精度，在比较传统灰色预测模型和反向(BP)神经网络预测模型优缺点的基础上，建立了灰色神经网络点速度预测模型.该模型综合了灰色预测模型所需数据少及神经网络具有的自学习和自适应能力的特点.以实测值作为输出数据，构建不同的灰色预测模型，将各灰色预测模型的预测结果作为BP神经网络训练的输入数据，得到最佳的预测模型.实例分析表明：与传统灰色理论及BP神经网络预测模型相比较，在20、40和60 s采样间隔条件下，本文模型预测结果与实测值的相对误差平均减少了32%，为交通运行状态评价和行程时间预测提供了依据.
多属性随机时间依赖网络路径优化
陈京荣, 俞建宁, 李引珍
2012, 25(2): 291-298. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.020
摘要(2801)
摘要:
为了改善实时交通诱导,根据交通网络中路段属性具有随机时间依赖性的特点,将路段各属性定义为关于时间的离散随机变量,建立了多属性条件下随机时间依赖网络路径优化模型.基于信息熵的多属性决策方法,设计了模型的求解算法;优化了网络节点的搜索顺序,使每个节点的信息只通过一步更新就可得到,从而获得多属性条件下所有节点到给定终点的路径选择结果,出行者可以根据到达某节点的具体时刻选择行进方向.最后,通过算例给出了算法的实现过程，并说明了随机时间依赖网络不遵从先进先出(FIFO)条件.
胡江碧,　王维利,　张寿然
胡江碧, 王维利, 张寿然
2012, 25(2): 299-305. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.021
摘要(1317)
摘要:
为了对高速公路设计与运营安全性评价提供理论依据，基于人-车-路协同过程中的驾驶员视觉注视特征，选取双向四车道高速公路453个线形组合路段，对13名小客车驾驶员在路面范围内的动态视觉注视点位置进行研究，分析不同运行速度下驾驶员在不同线形组合路段路面范围内的注视点分布规律，得出驾驶员受不同运行速度和线形条件影响时在路面上的注视点集中区域特点，提出基于驾驶员行为特征的驾驶期望视距概念，并建立了不同运行速度下驾驶期望视距的计算模型.研究结果表明：驾驶期望视距与车辆运行速度和平曲线半径相关；当道路平曲线半径小于等于800 m时，驾驶员的视野会随运行速度的提高受到限制，需采取适当限速措施以保证行车安全.
Web资源质量模型的形式化定义及拟合优度分析
朱焱, 赵波
2012, 25(2): 306-312. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.022
摘要(1265)
摘要:
为了合理规范所提出的Web资源质量模型(WebQM),验证WebQM在实际Web质量评测中的可行性和有效性，基于ISO/IEC标准化Z语言，对WebQM进行了形式化描述,并应用结构方程模型技术对WebQM进行了实证研究.通过获取数据样本集和构建WebQM的结构方程模型，采用广义最小二乘法实现其与实际Web质量状态的拟合分析.基于实际采样数据，计算得到拟合优度指数、修正拟合优度指数和比较适合度指数分别为0.944、0.911和0.981. 分析结果表明,WebQM的实际拟合优度高,具有可行性和有效性.
基于最佳熵匹配的多通道海量数据快速搜索
张丽梅, 刘璐
2012, 25(2): 313-317. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.023
摘要(1282)
摘要:
为快速、准确地从海量试验数据中获取所需的与某一工况或状态对应的数据,通过分析常规时序搜索方法存在的问题,根据信源熵的原理和特点,提出了一种基于最佳熵匹配的多通道海量数据快速搜索方法.该方法用状态匹配代替常规的时序匹配,以检测熵值为主,所需参数少,对邻近时间的依赖性小,降低了因通道间时间同步产生的误差,搜索步伐大,速度快.结果表明,对于一些特定的工况,搜索速度可提高数千倍,匹配准确度提高,主要参数的相对误差均在0.05以下.
FlexRay网络静态段时间参数优化研究
王刚, 2, 荣健, 丁天宝
2012, 25(2): 318-324. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.024
摘要(1560)
摘要:
为实现FlexRay总线带宽利用率最大化,对FlexRay静态帧净荷段的长度进行了优化.在已有的FlexRay总线静态段时间优化模型的基础上,通过将其中的非线性算符简化为线性算符,导出了最优静态帧净荷段长度的解析表达式.数值实验验证了解析表达式的正确性,并得到了解析表达式的适用范围.结果表明:FlexRay网络静态帧净荷段的最优长度与所有静态信号平均字节长度的平方根成正比；与数值方法相比,解析表达式的计算效率提高99%以上.
典型液压节流阀口动态特性研究
陈晋市, 刘昕晖, 元万荣, 王同建, 赵锋
2012, 25(2): 325-332. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.025
摘要(1712)
摘要:
为改善液压系统的性能,选择合适的液压控制阀节流阀口,建立了5种典型液压节流阀口过流面积的数学模型;采用AMESim软件建立了相应的仿真模型,并分别就输入信号、负载和阀口尺寸对5种节流阀口系统动态特性的影响进行了仿真分析.研究结果表明:外形尺寸相同时,L形节流阀口适用于重载、系统压力快速建立的情况,三角槽形节流阀口适用于压力稳定、灵敏度要求高的情况;适当增大阀口的外形尺寸可改善系统的动态响应性能.
成熟期快速时尚品物流分销网络选址-分配模型
刘思婧, 张锦, 李国旗
2012, 25(2): 333-340. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.026
摘要(1793)
摘要:
为解决快速时尚品在成熟期网络销售过程中的物流节点选址与分配问题,以分销网络收益最大化作为决策目标,考虑销售策略及提前期约束的影响,构建了由4个参与方和4层物流设施构成的快速时尚品物流分销网络的多周期非线性混合整数规划模型,并采用遗传算法确定产品折扣率以及中央仓库、第三方物流企业和自取点的选址、分配及服务方案.算例结果表明:当折扣率为0.687时,物流分销网络总收益最大;当集货期大于等于2 d时,物流分销网络总收益的增长率迅速减小.
终端区空中交通管制运行品质综合评价
张建平, 2, 胡明华, 刘卫东
2012, 25(2): 341-347. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.027
摘要(1641)
摘要:
为定量评价繁忙终端区空中交通管制运行品质，以成都终端区为研究对象,针对单跑道终端区,建立了包括管制业务量、安全性能、效率性能、工作负荷及交通拥挤度的管制运行品质定量评价指标体系.根据专家意见选取20个相对独立的指标,给出了基于主成分分析法的综合评价方法.采集覆盖一周每日繁忙时段10:00~22:00的 84个样本,得到各时段的管制运行品质综合评价结果.经K-均值聚类分析及实际运行表明,本文方法可行,评价结果与实际情况相符.评价结论为终端区的运行策略优化提供了依据.
确定性空域容量约束下的区域流量管理策略研究
张颖, 谢华, 胡明华
2012, 25(2): 348-354. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2012.02.028
摘要(1382)
摘要:
为解决区域内空中交通拥挤问题,以最小化总权重延误和最小化区域外权重延误为优化目标，通过决策偏好参数关联两个优化目标,在确定性扇区容量约束的基础上,增加了流量尾随间隔限制约束和扇区最大允许延误时间约束,构建了满足区域性流量管理实际运行约束条件的基于时间计量的流量管理整数规划模型.选取中南区域的实际空域和航班计划数据,采用CPLEX优化软件求解模型.结果表明:目标函数中的决策偏好参数能调节两个优化目标;新增的约束条件能满足实际运行需求和保证策略的可实施性，即在实施生成的策略时不产生额外的管制员工作负荷.

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