• ISSN 0258-2724
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2016年  第29卷  第2期

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西南交通大学120周年校庆论文专辑(上)——2016年第2期
现代轨道交通工程科技前沿与挑战
翟婉明, 赵春发
2016, 29(2): 209-226. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2016.02.001
摘要(1564)
摘要:
围绕现代轨道交通的四大重点领域:高速铁路、重载铁路、城市轨道交通和磁悬浮交通,介绍了当前国内外最新发展动态,特别是我国轨道交通发展现状及其在国际上所处的地位与水平.结合轨道交通工程学科发展趋势与应用需求,分析了轨道交通工程建设与运营过程中涉及系统安全性、运营可靠性和环境适应性等方面的主要技术瓶颈,指出了高速铁路、重载铁路、城市轨道交通和磁悬浮交通领域当前值得关注的前沿科学问题和技术挑战,为今后深入开展轨道交通科学技术研究(特别是针对处于快速发展期的中国轨道交通科技研究)提供有益参考.
高速铁路线路空间线形的动力学评价指标体系研究
王开云, 吕凯凯
2016, 29(2): 227-235. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2016.02.002
摘要(683)
摘要:
为了全面反映高速铁路线路空间线形作用下的轮轨动态相互作用特征,基于车辆-轨道耦合动力学理论,综合考虑车辆系统与轨道系统的动力响应,提出了高速铁路线路空间线形的动力学评价指标体系研究方法.针对高速铁路平纵断面参数,确定了变化敏感的动力学指标,并给出了具体的高速铁路空间线形评价指标.以高速铁路纵断面线形评价为例,详细介绍了该研究方法的应用与实施过程,在此基础上,给出了高速铁路纵断面的参数设计建议.研究结果表明:在时速为350 km高速铁路线路线形参数的设计过程中,竖曲线的设计原则是应尽可能采用较小的坡度及较大的竖曲线半径,且夹坡段长度不小于300 m.
空气弹簧频变特性研究
池茂儒, 高红星, 张卫华, 曾京, 邬平波
2016, 29(2): 236-243. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2016.02.003
摘要(750)
摘要:
为了研究空气弹簧不同物理参数对空气弹簧动态特性的影响,基于TPL-ASN空气弹簧模型的仿真软件ASDS建立了与试验工况一致的1/4车模型.利用该模型仿真分析节流孔直径、连接管路直径和长度、附加空气室体积、本体体积对空气弹簧频变特性的影响规律,并与试验结果进行对比分析.研究结果表明: TPL-ASN模型较准确地模拟不同物理参数的空气弹簧在不同激振频率下的动态特性;节流孔和连接管路对空气弹簧动态特性的影响主要体现在中频段,在低频段和高频段对空气弹簧动态特性影响较小;附加空气室对空气弹簧动态特性的影响主要体现在中低频段,在高频段对空气弹簧动态特性影响较小;空气弹簧本体对空气弹簧动态特性的影响主要体现在中高频段,在低频段对空气弹簧动态特性影响较小.
高速列车车轮踏面非圆磨耗机理
陈光雄, 崔晓璐, 王科
2016, 29(2): 244-250. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2016.02.004
摘要(660)
摘要:
为揭示高速列车车轮踏面非圆磨耗的产生机理,控制高速列车车轮的非圆磨耗,基于高速列车在雨、雪条件下调速制动可能发生轮轨滑动的特点,建立了由轮对和钢轨组成的轮轨系统摩擦自激振动模型,使用该模型对轮轨系统进行了摩擦自激振动发生趋势的仿真分析.仿真结果表明,在轮对调速制动轮轨蠕滑力达到饱和(即滑动)状态下,轮轨系统容易发生摩擦自激振动,此摩擦自激振动能引起车轮非圆磨耗,并提出控制高速列车调速制动时的制动摩擦力使轮轨不发生滑动是抑制车轮非圆磨耗的主要措施,增大钢轨扣件垂向阻尼是控制高速列车车轮非圆磨耗的可行方法.
我国高速列车数字化研发的进展及挑战
丁国富, 姜杰, 张海柱, 马晓杰, 黎荣, 邹益胜, 张剑
2016, 29(2): 251-263. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2016.02.005
摘要(717)
摘要:
高速列车数字化研发是高速列车设计的重要方法,是突破其关键理论及技术的重要手段,也是适应个性化、多样化需求的快速定制手段,以数字化为基础的网络化、信息化和智能化是高速列车未来的发展方向.从高速列车引进到全面自主创新,其研发手段经历了从单个学科的仿真向耦合大系统仿真方向发展,由仅仅关注设计到全生命周期的建模与仿真等逐渐形成了目前的基于数字化平台的集成与优化设计等过程.高速列车研发主要实现了基于计算机仿真、虚拟样机、设计自动化和面向需求的设计等技术的综合运用,但同时也存在着研发成本的不确定性、与网络化等结合程度不高和以人为中心的考虑不足等问题.未来高速列车的研发将在数字化研发平台的基础上综合虚拟试验、全寿命周期的数据挖掘、成本控制、人机工效、知识的管理与重用等技术,并与移动终端等网络化技术结合来实现开放式的研发设计.
铁路钢轨波浪形磨损研究进展
金学松, 李霞, 李伟, 温泽峰
2016, 29(2): 264-273. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2016.02.006
摘要(933)
摘要:
铁路钢轨波浪形磨损会导致铁路车辆和轨道强烈的振动、噪声,影响车辆的运行品质和旅客乘坐舒适度,严重的会导致列车脱轨事故的发生.简要介绍了全世界铁路钢轨波磨的分布情况和基本特征,介绍了我国重载铁路、高速铁路、地铁和城市轨道钢轨波磨特征和对应的线路结构特征.回顾了世界钢轨波磨研究的发展历史,重点评述了近40年来钢轨波磨成因理论的研究现状,讨论了已有理论存在的问题和根治钢轨波磨的措施,介绍了我国目前在治理钢轨波磨方面所采取的对策,并对该领域今后的研究方向进行了展望.
轮轨高速滚动接触及钢轨疲劳裂纹扩展研究
江晓禹, 李孝滔, 李煦, 曹世豪
2016, 29(2): 274-281. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2016.02.007
摘要(642)
摘要:
为研究高速列车轮轨滚动接触疲劳损伤,通过引入应变率效应,获得了轮轨接触作用力的分布,并基于最大周向应力判据,对车轮滚过裂纹过程中裂纹可能的扩展角度进行了统计分析,确定了钢轨表面疲劳裂纹的扩展方向.根据威布尔分布,用可能扩展角度均值作为裂纹扩展方向,获得了裂纹扩展路径.研究结果表明,低速列车钢轨的裂纹扩展为张开型裂纹逐渐变为滑开型裂纹,高速列车的钢轨裂纹扩展基本都是张开型裂纹;高速列车钢轨的裂纹扩展速率快于低速列车钢轨;模拟的裂纹路径与实验测得的裂纹路径吻合,验证了用可能扩展角度的均值作为裂纹扩展方向的合理性.
轮轨疲劳损伤模拟实验研究及展望
刘启跃, 何成刚, 黄育斌, 马蕾, 王文健
2016, 29(2): 282-290. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2016.02.008
摘要(672)
摘要:
轮轨的疲劳损伤严重影响高速重载铁路运行安全,其研究受到广泛的关注和重视.本文总结了目前轮轨疲劳损伤行为的主要研究方法,指出了模拟实验是研究轮轨疲劳损伤的一种重要手段;介绍了西南交通大学轮轨摩擦学课题组利用轮轨模拟试验机开展的系列国产轮轨材料疲劳损伤模拟实验结果,分析了影响轮轨表面疲劳裂纹损伤的关键因素,阐明了轮轨材料次表面疲劳损伤的形成与扩展规律,初步研究了低温环境对轮轨材料疲劳损伤行为的影响;最后,展望了复杂服役工况(高寒、高温、高湿、雨雪、风沙、雾霾、柳絮)下我国轮轨材料疲劳损伤研究未来需深入开展的研究内容.
城市自导向胶轮电车技术特点与应用
李芾, 杨阳
2016, 29(2): 291-299. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2016.02.009
摘要(705)
摘要:
为了研究具有自导向功能的胶轮有轨电车在国内外的应用和发展情况,以具有代表性的法国Translohr胶轮导轨电车、重庆跨座式单轨、日本千叶市SAFEGE型悬挂式单轨车辆、法国胶轮地铁MP等为例,分析了车辆技术特点、走行部及相关研究现状.目前对自导向胶轮电车的研究主要集中在导向机理、动力学性能及导向结构创新上.与传统电车相比,自导向胶轮电车使用胶轮可大幅降低噪声,爬坡能力提高约50%,缩小曲线半径且占地空间小,可以节约城市用地和适应不同的城市地形,属于中等运量的交通工具.其研究和应用在我国尚处于起步阶段,进一步研究应集中在轮胎减轻磨耗、可靠高效的导向机构设计及相关设计使用标准制定上.重庆跨座式单轨及上海张江Transport电车运行经验表明,实现车辆系统关键零部件及控制系统的国产化是我国胶轮自导向电车能够得到持续发展的前提条件.
非连续变形分析方法及其在灾害防治研究中的应用
赵兴权, 张迎宾, 陈光齐, 余鹏程, 黄小福, 陈岩岩
2016, 29(2): 300-312. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2016.02.010
摘要(620)
摘要:
为了探究地震诱发地质灾害的特征,用非连续变形分析方法(DDA, discontinuous deformation analysis)模拟了地震诱发崩塌、滑坡和防浪堤破坏的过程,着重探讨了地震对灾害发生过程及其运动能力的影响.在DDA程序中,整合了灾害冲击力的计算,结果表明:DDA方法可以计算滑体在地震作用下的运动情况;竖向地震动能够显著增强近断层极震区滑坡的运动能力,可以很好地模拟地震诱发灾害的全过程, 真实反应出危岩崩塌体、滑坡、防浪堤坝的破坏特征,能够计算运动物体对既有建筑物的冲击力,冲击力的最大值远远超过了静态侧压力值;文中算例结果显示最大冲击力是静态侧压力的4倍多,该成果可为灾害防护建筑物的选址、设计等从可靠和经济的角度提供技术指导.
山地系统灾变行为自组织临界性研究
姚令侃, 黄艺丹
2016, 29(2): 313-330. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2016.02.011
摘要(643)
摘要:
为了研究山地系统宏观动力学的整体规律,基于戴维斯地貌发育理论,提出处于地貌发育阶段幼年晚期的河谷及壮年期的山地具有自组织临界性(self organized criticality, SOC)的内禀属性,并建立了基于斯特拉勒积分的大流域地貌发育阶段判别方法.以地震触发崩塌滑坡为切入点,通过震区实震资料分析、元胞自动机模拟、振动台沙堆模型实验,提出不同烈度区地震触发崩塌滑坡分布的演化规律:在Ⅶ度、Ⅷ度、Ⅸ度区,崩塌滑坡规模与出现频率之间存在良好的负幂律关系,在Ⅹ度区,幂律关系弱化,在Ⅺ度区,这一关系转为对数正态分布. 通过3个案例介绍了SOC理论在岩土体地震扰动深度评估、泥石流防治工程设计径流量极值计算、基于地震活动性参数b值在地应力评估中的应用.
汶川地震灾区泥石流若干关键问题
胡卸文, 韩玫, 梁敬轩, 王严, 洪美玲
2016, 29(2): 331-340. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2016.02.012
摘要(689)
摘要:
为解决2008年512汶川地震后,在地震灾区大部分泥石流沟实施的拦砂坝、排导槽等首期治理工程效果不佳、部分工程甚至失效的问题,根据松散物源启动量估算明显偏小、拦砂坝设计库容不够、排导槽过流断面偏小的状况,分析了地震灾区泥石流形成特点和暴发规律,针对持续性、大规模和群发性方面的估计不足,系统地进行了经验总结.通过2010和2013年两次特大型泥石流的勘查、设计和治理工程实践表明:震区泥石流在启动机理、堵塞溃决、持续时间、冲出规模等方面与一般泥石流相比存在很大区别,总结出以下经验: (1) 合理确定泥石流堵溃系数及相应流量;(2) 针对不同类型泥石流及保护对象提出有效的治理工程方案,例如拦挡、固坡、排导、停淤方法的合理组合和有效利用;(3) 合理分配拦砂坝的有效高度及数量;(4) 合理选用坝体结构类型,例如实体坝、缝隙坝和梳齿坝.上述经验在绵竹县清平文家沟、汶川县红椿沟、七盘沟、桃关沟和宝兴县冷木沟特大型泥石流的勘查、设计及治理工程中进行了充分的应用验证,并取得了成功.
山区Y形河口附近桥址区地形风特性数值模拟研究
李永乐, 遆子龙, 汪斌, 廖海黎
2016, 29(2): 341-348. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2016.02.013
摘要(651)
摘要:
为研究在山区Y形河口影响下桥址区的桥梁风载特性,以山区峡谷大跨度悬索桥桥址区真实地形为工程背景,应用CFD(computational fluid dynamics)的方法,建立了桥址区复杂地形区域风场数值模型.通过36个工况的分组对比分析,探讨了山区Y形河口对主梁的平均风速、风攻角、风剖面以及风速放大系数在不同来流方向下的影响规律,并分析了河口处河道的导流与山体的绕流作用.研究结果表明:不同于普通深切峡谷地形风特性,在Y形河口影响下,桥址区附近的平均风速最大增幅达24 m/s,平均风攻角主要表现为负攻角,出现了最高达1.13的风速放大系数,且河道的导流及山体的绕流作用会导致主梁风速分布不均匀.
普立特大桥桥位处山区风特性实测研究
黄国庆, 彭留留, 廖海黎, 李明水
2016, 29(2): 349-356. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2016.02.014
摘要(619)
摘要:
为了获取偏远山区的风场特性,以普立特大桥桥位处风场实测项目为研究背景,开发了基于无线传输的高频风速仪数据采集系统,分析了桥位处的平均风特性,并对实测脉动风的非平稳与非高斯特性进行了探讨.研究结果表明:与传统方法相比,新开发的无线传输系统具有实时传输、成本低及无需现场监测等优势;桥位处的大风期主要集中在2~4月份,且大部分发生在西南方向;在选取的强风天气中,出现山区雷暴风的比例约为15%;实测强风的平均风攻角主要在-10~0范围内波动;拟合出的风剖面指数波动范围为0~0.14,且其拟合概率密度分布的均值0.056明显小于规范规定的最小值0.12,说明规范规定的风剖面指数不足以描述山区风;山区风出现了同时具有非平稳与非高斯特性的风速样本,且其瞬时最大风速可达22.0 m/s.
高速铁路道岔系统理论与工程实践研究综述
王平, 陈嵘, 徐井芒, 马晓川, 王健
2016, 29(2): 357-372. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2016.02.015
摘要(852)
摘要:
为了促进高速道岔行业的发展,系统梳理了各国高速铁路道岔领域(包括部件选型与结构设计理念、高速列车/道岔耦合动力分析理论、不同线下基础道岔无缝化设计方法、合理刚度及均匀化设计方法、长大轨件转换计算理论、关键联结部件动静力强度分析、动力学性能测试技术、道岔侧股平面线型与结构设计、制造与铺设、维护与管理等)的学术研究现状、存在问题、具体对策及发展趋势.要适应未来轨道交通技术的发展,高速道岔仍面临着严峻的技术挑战,例如,更高速度的下一代高速道岔在复杂环境下的适应性、全寿命周期设计、轮轨匹配与车/岔动态性能优化、新材料和结构的研发与应用、状态实时获取与性能评估、健康管理及故障预测、能效保持等问题,需要深度融合先进材料与制造、智能与自动化、大数据与云计算、精密测控与效能提升等前沿技术,着力提升我国高速铁路道岔技术领域的原始创新能力.通过现状剖析、问题导向,以期为铁道工程学科的学术研究与技术创新提供新的视角和基础资料.
基于虚拟地理环境的铁路数字化选线设计系统
易思蓉, 聂良涛
2016, 29(2): 373-380. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2016.02.016
摘要(703)
摘要:
为了在逼真显示的三维地理环境中实现铁路三维实体选线设计,研制了一个基于虚拟地理环境的铁路数字化选线设计系统.该系统集成空间信息技术、数字摄影测量技术、地理遥感技术、虚拟现实技术以及计算机仿真技术,基于航测影像信息和卫星遥感信息,建立了一个逼真显示的铁路虚拟地理环境;采用BIM(building information modeling)技术,构建了铁路构造物基元模型库;通过调用库中的实体基元模型,实时构建方案线三维模型,并在三维环境下对其进行检查修改,比选不同结构类型,实现三维实体选线设计.系统在中老铁路勘测设计中进行了实例验证,结果表明:该系统能够让选线工程师在室内环境下模拟现场实景分析和踏勘,能快速构建方案线三维实体模型,具有方案线比选直观等特点,能满足环境选线、重大工程优先选址选线、海外铁路选线的需求.
高速铁路沥青混凝土轨下基础振动噪声性能评估
邱延峻, 丁海波, 章天杨, 阳恩慧
2016, 29(2): 381-387. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2016.02.017
摘要(620)
摘要:
为比较不同轨下基础噪声水平,通过ABAQUS建立声-固耦合模型,模拟结构振动产生的声场中的噪声变化.选取声场中的声压值转化得到的声压级值作为定量评价两种沥青混凝土轨下基础(ACRS-1型、ACRS-2型)和普通板式(SlabTrack)结构产生的噪声水平.结果表明,选用的声-固耦合模型可以较好地评估不同轨下基础下噪声.比较3种轨下基础结构可以发现,总体上, ACRS-1型和ACRS-2型结构要比普通板式结构的噪声要低,特别是ACRS-2型结构,比其他两种结构的噪声均要低.噪声降低的幅值出现在0.01、0.02、0.03 s附近,尤其在0.02 s附近, ACRS-2型结构低于普通板式结构的噪声幅值10~20 dB, ACRS-1型结构低于普通板式结构的噪声幅值5 dB左右.
GNSS卫星导航地基增强系统与位置云服务关键技术
黄丁发, 周乐韬, 卢建康, 梅熙, 冯威, 张熙, 严丽
2016, 29(2): 388-395. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2016.02.018
摘要(680)
摘要:
针对地基增强系统自主研发了高精度增强参考站网络位置服务平台,通过与国际上代表性的平台系统比测,结果表明:网络RTK服务的初始化时间基本一致,相同测试点两个系统的精度相当,均实现了厘米级的RTK定位.北斗与GPS联合数据处理结果表明:联合解的57条基线在X、Z方向均优于1 mm,Y方向优于2 mm.与北斗和GPS单独解算相比,联合解算分别有55条和53条基线精度得到了改善,占总体的96.5%和93.0%.针对大规模CORS网络的多模GNSS数据融合、处理与位置服务问题,提出了建立位置无关服务和资源池的位置云服务的思想,实现数据处理与分析能力共享、多样性服务、广域无缝定位连接,为广域分布式CORS网络的信息获取、共享、处理和分析等提供了全新的理论基础.
动态观测数据驱动的滑坡灾害精准模拟分析方法
朱庆, 丁雨淋, 苗双喜, 曹振宇
2016, 29(2): 396-403. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.2016.02.019
摘要(635)
摘要:
受全球极端气候变化和人类活动影响,复杂滑坡灾害时空演变过程复杂,其时空演变的高突变性、高隐蔽性、高动态性,以及孕育环境的时空异质性与不确定性等十分突出,复杂地形地质条件下滑坡灾害模拟分析已经成为世界性难题.为此,本文提出动态观测数据驱动的滑坡灾害精准模拟分析方法,设计了动态数据驱动的复杂滑坡灾害精准模拟分析框架,阐释了滑坡灾害过程时空变化的显式语义描述,任务驱动的空天地一体化观测数据规划与调度,计算与存储融合的复杂滑坡灾害实时数据组织与管理,变化驱动的多源动态观测数据实时接入与自主加载,多源动态观测数据在线智能处理,复杂滑坡灾害模拟模型参数智能率定等关键技术,为滑坡灾害链的全链条防灾减灾提供科学理论支撑.

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