西南交通大学学报

基于高铁轨道不平顺的车轮不圆顺识别模型

王平, 汪鑫, 王源, 张荣鹤

2020, 55(4): 681-687. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180283

摘要(660)

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摘要:
为获取高速运行车辆的车轮不圆顺幅值，并进一步研究轨道谱，建立一种基于轨道不平顺的车轮不圆顺幅值快速测量模型. 首先分析了车轮不圆顺在轨道不平顺检测数据中的分布规律，提出车轮不圆顺的密集采样方法，进而建立基于稀疏轨道不平顺数据的车轮不圆顺动态识别模型. 通过数值仿真研究发现：车轮不圆顺对基于惯性基准法测得的离散轨道不平顺数据的幅值影响较小，对频域（轨道谱）影响较大；车轮不圆顺会干扰波长小于和等于轮长的轨道不平顺检测数据，且对前者影响更大；车轮不圆顺对波长大于轮长的轨道不平顺数据也有影响，最大影响波长仅与车轮周长和轨道不平顺的采样间距有关；识别模型能有效地从轨道不平顺检测数据中提取车轮不圆顺，误差可控制在0.02 mm以内.

针片状指数对道砟直剪力学特性的影响

井国庆, 强伟乐, 常锦秀, 李旭

2020, 55(4): 688-694. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180677

摘要(710)

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摘要:
为研究针片状道砟在破碎情况下对道砟散体直剪力学特性的影响，通过进行不同工况下道砟直剪试验，从道砟散体剪切强度、变形及破碎特性对试验结果进行分析. 研究结果表明：（1）随着针片状指数增加，道砟散体直剪力学性能下降，包括抗剪强度和内摩擦角（100 kPa下当针状指数由0分别提高到20%、40%时，抗剪强度分别降低10.9%、16.8%；片状指数由0分别提高到20%、40%时，抗剪强度分别降低14.7%、22.3%；针、片状道砟总值由0分别提高到20%、40%时，抗剪强度分别降低12.4%、18.9%）. （2）随着针片状道砟含量增加，试样剪缩和剪胀量均降低. （3）针片状道砟在直剪试验过程中易于发生破碎，且破碎类型多为整体断裂并伴随尖角破碎折断，显著影响有砟道床维修周期.

翔安海底隧道运营环境及污染物分布规律

王明年, 王旭, 于丽, 邓涛

2020, 55(4): 695-703. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180714

摘要(639)

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摘要:
为了明确城市海底公路隧道内环境参数和污染物的分布规律，针对厦门翔安海底隧道运营通风效果进行了现场测试，获取了交通高峰期和非高峰期两个时段隧道内气压、温湿度、风速、CO、NO₂和PM浓度的分布规律，结合一维扩散理论和Fluent组分输运模型研究了海底公路隧道内环境参数和污染物随交通流的分布规律. 研究结果表明：（1）交通高峰期时段，温度沿车流方向逐渐升高，出口处达到最高温度36 ℃；湿度沿车流方向逐渐降低，入口处最大湿度为94%；CO、NO₂和PM浓度随车流方向逐渐升高，在出口处达到最大，最大浓度分别为21.00 ppm、3.73 ppm和1.76 mg/m³，V型坡坡底处PM浓度也较高（2.03 mg/m³）；根据烟尘质量浓度与消光系数的转换公式得到出口处和V型坡坡底处的消光系数分别为0.008 3 m⁻¹和0.009 5 m⁻¹，NO₂和PM浓度超过了规范值.（2）非交通高峰期NO₂最大浓度为1.68 ppm，出口处和V型坡坡底处的消光系数分别为0.006 9 m⁻¹和0.007 7 m⁻¹，出口处NO₂浓度和坡底处消光系数超过了规范值.

地震作用下盾构隧道纵向接头的受力特征

耿萍, 王琦, 郭翔宇, 何川, 路书军, 肖明清

2020, 55(4): 704-712. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180634

摘要(780)

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摘要:
实际工程中，盾构隧道纵向接头是结构受力和变形的薄弱部位，针对盾构隧道纵向接头细部构造在地震作用下的受力特征，提出了一套由整体到局部的数值分析流程.首先建立基于纵向等效刚度梁的三维地层-结构时程分析模型，然后以该模型计算得到的纵向内力极值作为盾构隧道整环三维分析模型的外荷载，获取隧道最不利区域边界力，最后将边界力施加在盾构隧道纵向接头局部精细化分析模型之上，分析纵向接头细部构造受力特征；并以某综合管廊工程为背景对该方法进行具体阐述和讨论. 研究结果表明：地震波横向激励时，盾构隧道纵向以往复的水平弯曲为主，而纵向激励时，则以往复的竖向弯曲和纵向拉压为主；在纵向张开量最大的局部区域，不论是轴向拉力工况还是纵向水平弯矩工况，该局部区域都处于受拉状态，两种工况对该局部区域受力模式不产生本质影响；当盾构隧道纵向最大张开量的局部区域受拉时，最大拉应力区均位于管片内侧手孔部位，最大压应力区则围绕螺栓孔成环形分布.

地震作用下盾构隧道环缝单向振动防水性能试验

谢宏明, 何川, 封坤, 梁敏飞, 李策, AL-SEBAEAIMaged

2020, 55(4): 713-718. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180456

摘要(572)

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摘要:
为研究盾构隧道管片接缝弹性密封垫在地震作用下的防水性能，以在高烈度地震区修建的大断面海底盾构隧道——苏埃通道工程为依托，根据隧道环缝防水指标，研制了可模拟地震作用下的管片环缝单向振动防水试验装置，通过不同环缝张开量下单向振动防水试验，与未考虑地震作用时对应的张开与错动工况下静态防水试验结果进行对比，得出了张开量增大对密封垫防水性能的影响，并提出了弹性密封垫振动防水与静态防水的对应指标. 结果表明：单向振动作用下弹性密封垫发生渗漏时，水呈喷射状而非缓慢流出，张开量的增大较错动量增大更易使弹性密封垫防水性能显著降低；随着环缝张开量的变化，单向振动耐水压值为0.2～1.4 MPa，静态耐水压值为0.1～1.1 MPa；单向振动作用下环缝弹性密封垫的防水性能约为静态时防水性能的45%～78%.

非共面双裂隙层状岩石破坏特征及工程应用

王俊, 林国进, 唐协, 徐国文, 唐锐

2020, 55(4): 719-725, 732. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180044

摘要(560)

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摘要:
为了研究层状岩石在预存裂隙作用下的破坏机理，基于颗粒离散元理论，构建能反映岩石各向异性特征的数值模型. 基于该模型，系统研究了含非共面双裂隙层状岩石在单轴压缩条件下裂纹的产生与演化规律，并揭示了双裂隙层状围岩中隧道开挖后岩体的破坏模式. 研究结果表明：存在预制裂隙的岩石，其抗压强度值小于相同条件下的完整岩石，但岩石强度与层理面倾斜角度的关系曲线仍呈U形分布；竖向加载时，试样的破坏形态同层理面倾斜角度（β）与预制裂隙倾斜角度（α）间相对大小有关. 当β < α时，岩石的破坏受预制裂隙控制；当β > α时，岩石的破坏可分为预制裂隙与层理面共同控制与层理面控制两类；隧道围岩的细观破坏模式也与β、α的相对大小有关，但破坏区域均集中在洞周两侧垂直于层理面的一定范围内.

基于自适应匹配算法的速度脉冲型地震动模型化

杨成, 刘佳欣, 唐泽楠, 赵柏涵, 辛本坚

2020, 55(4): 726-732. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190075

摘要(553)

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摘要:
速度脉冲型地震记录至今尚未有完整的波形参数识别方法，从地震动数据库中批量识别脉冲记录并搜集波形参数仍然有一定困难. 针对此问题，将脉冲量化识别、脉冲解析函数、自适应匹配算法三者结合，提出一套脉冲波形参数识别方法，可实现脉冲波形和解析函数之间的自适应匹配；该方法包括一个借助EMD (empirical mode decomposition) 的核心算法，对近场速度脉冲型地震记录实现平滑；再以Mavroeidis函数为脉冲基本模型，根据其特征参数的变化范围，分别对脉冲频率、脉冲形状系数、脉冲振荡特征系数进行了参数样本的循环枚举，并由优化算法确定模型参数取值；在此基础上，给出了当前既有的速度脉冲型记录样本的上述模型参数识别结果，并根据统计给出了地面峰值加速度分布和主脉冲周期的关系. 研究结果表明：和既有的方法利用Dickinson模型识别方法相比，本文算法对波形显著不对称的记录主脉冲周期识别错误率降低了约67%，较好的识别稳定性更有利于工程应用.

中俄原油管道地基土冻融及热学性质试验研究

王伟, 张喜发, 吕岩

2020, 55(4): 733-742. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180801

摘要(627)

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摘要:
中俄原油管道是我国能源战略通道之一，管道穿越大兴安岭多年冻土区，工程地质条件十分复杂，尤其是在伊勒呼里山附近，冻胀和融沉严重影响了管道的正常运营. 为了研究伊勒呼里山附近多年冻土的冻融性质与热学性质，对该区段内的冻土进行冻胀、融沉及导热系数试验，并对试验数据进行回归分析与影响因素分析. 研究结果表明：细粒土塑性指数小于10时，冻胀率不一定随初始含水量的增加而增加，在研究区域内进行管道垫层施工或挖填材料选择时应选用砂砾或碎石，并做好防排水措施；融沉系数随含水量的增加而增大，随干密度的增加而减小，其中粉土对融沉作用十分敏感，不适合作为管道地基，而细砾才是最佳的冻土地基；导热系数分别随总含水量和干密度的增大而增大，其中粗粒土的导热系数大于细粒土，而冻土的导热系数则比融土的高；当含水量小于10%时，融土的导热系数则高于冻土. 不同试验方法所得的结果也具有显著的差异，粗粒土扰动样的导热系数宜采用热流计法测量，细粒土扰动样的导热系数宜采用热线法测量，而原状样的导热系数宜采用比较法测量.

我国抗震规范时程分析中地震动的输入数量

冀昆, 温瑞智, 任叶飞, 尹建华

2020, 55(4): 743-751. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180604

摘要(576)

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摘要:
针对我国现行建筑抗震规范时程分析中地震动输入数量这一问题开展研究. 首先基于结构响应参数服从对数正态分布的理论假设，通过 500次/组蒙特卡罗抽样，模拟了两种不同输入地震动数量方案下的结构响应参数的累积概率分布曲线，表明了3条记录下选择响应最大值和七条记录下选择响应平均值两种输入方案的累积概率分布曲线存在较大差异：前者计算结果期望值要高于理论均值，且结果受响应离散性影响较大；后者计算结果的期望值就是响应理论均值本身，受响应离散性影响较小. 同时对我国某10层平面RC框架进行弹塑性时程分析，结果表明：3条记录选取最大值的输入方案下结构响应预测均值要显著高于增加记录选取数量和控制记录间离散性的其他输入方案；建议在7条及以上强震动记录下的响应均值的基础上，以记录数量与响应离散性作为参数，通过经验修正公式来计算0.84分位值，以得到满足规范要求的84%以上保证率的计算结果，并对该经验修正公式在我国抗震规范下的适用性做了结构数值模拟验证.

地基对加筋土挡墙影响的对比分析

徐鹏, 蒋关鲁, 王宁, 韩宜均, 王智猛, 刘勇

2020, 55(4): 752-757. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180765

摘要(576)

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摘要:
为了分析地基对加筋土挡墙的影响，开展了两组离心模型试验. 首先根据相似理论确定试验相似比尺，其次根据相似比尺选取试验材料并制作模型进而开展砂土与黏土地基工况时的模型试验，最后采集并分析了填筑期与施工期的墙体位移、水平土压力、基底竖向应力与筋材应变. 结果表明：砂土地基时墙体的位移最大值位于结构的上部；黏土地基填筑阶段时墙体的位移约为砂土地基时的3倍并且加载阶段时墙底的位移可达30 cm；水平土压力系数沿着高度方向非线性分布，同时加载期的数值小于填筑期时的值；黏土地基时的墙背水平土压力系数小于砂土地基时的数值；与砂土地基时相比，黏土地基的变形可以减小面板底部竖向应力集中的趋势，使其竖向应力与自重应力比值接近1.0；与砂土地基时筋材拉力相比，由于黏土地基时墙体位移较大，因此此时底部筋材应力可增大3倍，同时筋材应变最大值出现的位置相对更远离墙面.

沥青路面表面纹理三维高精度激光非接触式检测

丁世海, 阳恩慧, 王郴平, 纪亚英, 雷开云, 张新瑞

2020, 55(4): 758-764. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20181056

摘要(687)

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PDF 1894KB(30)

摘要:
为实现沥青路面纹理构造高精度自动检测，借助三维激光技术实现路面纹理三维重构，提出模拟铺砂的沥青路面构造深度测量方法. 首先采用高精度三维激光扫描仪获取雅康高速公路沥青路面0.1 mm精度三维高程数据，同时人工铺砂法获取对应区域的宏观构造深度值；其次通过数字图像处理技术实现重构沥青路面三维云图并进行数据噪声处理；最后设计四连通多种子组合填充算法，实现在滤波后的三维路面纹理云图上自动铺砂并获取路面纹理宏观构造深度值. 研究结果表明：模拟铺砂测量方法与人工铺砂法测量的平均构造深度（MTD，M)的平均绝对误差为0.052 mm，两者相关系数为0.96. 研究成果验证了用非接触式路面纹理测试替代现有的接触式路面摩擦性能测试的可行性，为道路交通安全网级监测与管理奠定基础.

RC矩形空心墩的新型滞回模型及参数识别方法

黎璟, 邵长江, 钱永久, 杨华平

2020, 55(4): 765-771. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190058

摘要(633)

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PDF 734KB(20)

摘要:
为了准确模拟RC （reinforced concrete）矩形空心桥墩的刚度退化特性，为桥梁震后可恢复性能研究提供理论基础，进行了不同设计参数的14个RC矩形空心墩模型拟静力试验. 通过引入峰值位移影响系数体现刚度退化与峰值位移的关联，建立修正的Bouc-Wen-Baber-Noori （BWBN）滞回模型；基于粒子群-引力搜索混合智能优化算法（combination of particle swarm optimization and gravitational search algorithm，PSOGSA）识别实测滞回曲线对应的滞回参数，并建立桥墩设计参数与滞回参数间的对应关系，进而总结滞回参数的经验预测方法. 研究结果表明：修正的BWBN滞回模型曲线与实测滞回曲线吻合程度高，相关性系数在0.98以上，且新型滞回模型能准确地反映出桥墩侧向刚度随墩顶位移退化的特性；PSOGSA算法能精确地识别实测滞回曲线的模型参数；采用经验预测方法得到的模型曲线与实测滞回曲线的相关性系数为0.83，该方法适用于缺乏实测滞回曲线的桥墩.

桥梁结构非线性地震响应极值分布的估算方法

陈志强, 郑史雄, 周强, 陈志伟, 李晰

2020, 55(4): 772-779, 788. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180948

摘要(608)

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PDF 1164KB(19)

摘要:
为了研究近断层脉冲地震作用下桥梁非线性地震响应极值分布，进行小失效概率下的桥梁动力可靠度精确计算，提出了一种有效的近断层脉冲地震作用下桥梁结构非线性地震响应极值分布分析方法. 首先考虑桥梁结构的非线性和地震动的不确定性，采用拉丁超立方抽样对近断层脉冲地震动随机参数和结构随机参数进行随机抽样，通过模拟的高频地震动均方值和与精确值的相对误差确定出所需要的样本数量；其次以合成的近断层脉冲地震动作为地震激励，通过时程分析对结构非线性动力方程进行求解，从而得到结构非线性地震响应极值样本，再采用改进的分数阶矩最大熵原理获得结构非线性地震响应的极值分布；最后通过非线性单自由度系统和三层非线性剪切框架验证了该方法的有效性. 研究结果表明：该方法不仅能够有效的模拟近断层脉冲地震作用时，桥梁结构与地震动双重不确定性影响下的动力响应极值分布，更能在兼顾效率和计算精度时，精确估计桥梁结构非线性地震响应极值的尾部分布，能够为桥梁结构非线性动力可靠度评估提供一种有效的途径.

不同长宽比矩形高层建筑的分离再附流动特性

曾加东, 李明水, 张志田, 曹宝珠

2020, 55(4): 780-788. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190259

摘要(560)

HTML全文 (279)

PDF 1379KB(15)

摘要:
为研究边界层紊流特性、断面长宽比和空间位置等因素与矩形高层建筑分离再附流动特性之间的关联，通过不同长宽比矩形建筑模型的同步测压试验，获取不同工况下的表面风压实测数据；分析了影响矩形建筑三维分离再附流动和分离区长度演化规律的多种因素，探讨了大尺度紊流下矩形高层建筑的非定常气动力与分离再附流动特性的内在关联；定量给出了平均分离区长度在竖向的分布规律. 研究结果表明：紊流风场的积分尺度与建筑特征尺寸的比值关系会影响分离再附流动和气动力特性的试验精准度，最大偏差可达约24%；边界层紊流的干扰导致分离剪切层曲率增大，加强了对分离区的卷夹作用，稳定再附将发生在长宽比为2时；平均分离区长度在竖向方向逐渐增大，并依据试验结果给出了高层建筑侧面风压取值的修正建议.

锈蚀RC梁抗弯承载力计算方法研究

刘廷滨, 贾汝波, 张晨宇, 靳文强, 赵建昌

2020, 55(4): 789-795. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190277

摘要(5634)

HTML全文 (5416)

PDF 861KB(49)

摘要:
工程中钢筋混凝土梁纵向受力钢筋锈蚀情况复杂，梁上作用荷载形式多变. 为获取锈蚀RC （reinforced concrete）梁的抗弯承载能力，以锈蚀钢筋混凝土简支梁为研究对象，将锈蚀RC梁视为由混凝土和锈蚀底部纵筋组成的存在粘结-滑移的组合梁，依据混凝土与锈蚀钢筋之间的变形协调条件，给出了以挠度表达的锈蚀RC简支梁平衡微分方程；将平衡微分方程的齐次解作为单元形函数，推导出了锈蚀钢筋混凝土梁的单元刚度矩阵、等效节点荷载列阵以及每一荷载步锈蚀梁的内力计算公式；建立了能准确反应简支梁上荷载作用形式以及钢筋锈蚀状况的锈蚀RC梁抗弯承载力计算模型；最后通过17根锈蚀RC简支梁的试验数据对建议计算方法进行验证. 验证结果表明，抗弯承载力试验值与计算值之比的平均值为1.06，方差为0.012，二者吻合良好，该计算方法准确.

钢管混凝土柱在冲击荷载作用下的损伤评估方法

王路明, 刘艳辉, 朱文凯, 何庭君, 康翔杰

2020, 55(4): 796-803, 819. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20181037

摘要(627)

HTML全文 (305)

PDF 1710KB(21)

摘要:
为了建立侧向冲击荷载作用下钢管混凝土柱的损伤评估方法，以钢管混凝土柱近支座落锤冲击试验为基础，结合数值模拟和理论分析，研究预加轴力、冲击体质量及冲击速度对钢管混凝土柱损伤程度的影响. 选取冲击体质量和速度作为损伤评估主控变量，建立基于剩余承载力的损伤评估指标D的计算式，并划分损伤评估等级. 以典型钢管混凝土结构柱为例，通过仿真试算拟合其损伤评估曲线，并建立损伤评估的图解方法. 研究结果表明：冲击体质量和速度对钢管混凝土柱损伤程度的影响显著，预加轴力的影响呈现出变异性；D=0.3，0.5，0.7时的损伤评估曲线将坐标平面划分为4个面域，分别代表钢管混凝土柱发生轻度损伤、中度损伤、重度损伤及破坏失效；根据冲击体质量和速度的组合点与损伤评估曲线的位置关系，可以快速判定钢管混凝土柱的损伤程度.

生物滞留带构造对其渗蓄效果的影响

杨乾, 杨庆华, 唐雪芹, 尧远, 姚锦涛

2020, 55(4): 804-810. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180627

摘要(598)

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PDF 826KB(12)

摘要:
为了研究生物滞留带构造参数及组合方式对其渗蓄效果的影响，提出了判定生物滞留带渗蓄效果的评价指标，并对16组不同构造的生物滞留带开展模拟降雨径流正交试验，研究了种植土和填料层成分及含量、透水土工布位置、砂层颗粒级配和构造厚度对生物滞留带渗蓄效果的影响. 研究结果表明：影响生物滞留带渗蓄效应程度大小的排序为：砂层级配>填料层成分和含量>结构层厚度>土工布位置>种植土成分和含量；生物滞留带最佳组合形式从上至下依次为：20 cm厚种植土，35 cm厚填料层（其中珍珠岩、蛭石、土壤和砂的体积占比为10%、5%、10%和75%），10 cm厚砂层（其中砂层颗粒级配为0～0.5 mm占15%、0.5～0.7 mm占40%、0.7～1.0 mm占30%、1.0～2.0 mm占15%），20 cm厚砾石层以及不设置透水土工布.

单级光伏并网多逆变器系统并联交互影响分析

陈维荣, 王璇, 李奇

2020, 55(4): 811-819. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180900

摘要(573)

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PDF 1318KB(14)

摘要:
在弱电网条件下，多逆变器间、多逆变器与电网间的动态交互作用影响着电力系统的电能质量和稳定性，易引发谐波谐振等问题. 为了研究单级光伏并网多逆变器系统的谐波谐振特性，考虑光伏源与系统之间的交互作用，采用模态分析法对谐振问题进行了系统的分析与讨论. 首先，根据三相单级式光伏并网系统结构及控制策略，建立了多逆变器戴维南等效模型；其次，通过构建多逆变器系统节点导纳矩阵，应用了一种能够确定系统谐振频率、谐振中心以及各节点参与程度的模态分析方法，从逆变器台数、外界环境、输电距离3个方面研究了系统谐振特性与变化规律；最后，基于MATLAB/Simulink仿真平台，通过搭建三相单级式光伏并网多逆变器系统仿真模型，验证了模态分析法的正确性与有效性. 研究结果表明：当逆变器台数增加时，低频谐振频率呈降低趋势，依次为30、27、25次谐波，高频谐振频率为2 230 Hz保持不变；当外界环境温度降低时，低频谐振频率逐渐升高，依次为22、23、24次谐波，高频谐振频率固定约为2 225 Hz；当输电距离增长时，低频与高频谐振频率均逐渐降低且变得接近.

新型供电方式有轨电车能量管理策略

李奇, 黄文强, 尚伟林, 朱亚男, 苏波, 陈维荣, 李明

2020, 55(4): 820-827. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180231

摘要(577)

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PDF 1142KB(11)

摘要:
为了提高混合动力有轨电车制动过程中制动能量的回收效率，提出一种考虑储能系统始末状态的能量管理策略. 在有轨电车从启动到制动的运行过程中，基于极小值原理对混合动力系统进行功率分配，以实现对超级电容荷电状态（state of charge，SOC）安全范围的有效控制，并保证在制动时刻超级电容具有足够的SOC余量来吸收制动功率；同时，将有轨电车启动、运行过程中的牵引控制策略与制动过程的能量回收策略相结合，采用绝缘栅门极晶体管（insulated gate bipolar translator，IGBT）斩波器与制动电阻相结合使用的方式，抑制母线电压的抬升；最后基于实际的有轨电车运行工况，在MATLAB/Simulink平台下进行了仿真测试. 结果显示，在有轨电车制动时刻，超级电容SOC均能够按照预期下降到0.4左右，且在制动全过程中，有轨电车母线电压始终处于875 V以下，满足母线电压的控制要求.

质子交换膜燃料电池水淹和膜干故障诊断研究综述

张雪霞, 蒋宇, 孙腾飞, 陈维荣

2020, 55(4): 828-838, 864. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190548

摘要(839)

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PDF 638KB(57)

摘要:
质子交换膜燃料电池水淹和膜干是其在运行过程中最常见的故障. 首先，阐述了质子交换膜燃料电池中水的产生和传输机理，概括了水淹和膜干故障的影响因素，列举并分析了基于电压、压力降和阻抗的水淹和膜干诊断指标及各自的优缺点，并从内部结构和电荷传输方面介绍了水淹和膜干对质子交换膜燃料电池的危害；其次，讨论了水淹和膜干故障基于模型、基于实验和基于数据驱动的3种诊断方法及其适用范围，另外分析了缓解水淹和膜干故障的常用措施；最后，对水淹和膜干故障进行了总结和展望，并指出基于数据驱动的在线诊断方法、适于故障诊断的模型建立、大尺度电堆及多堆间水淹和膜干故障的诊断及高效精准的故障诊断指标的探索有待深入研究.

基于交叉熵算法的电动车辆复合电源参数优化

戴朝华, 刘洋, 黄晨曦, 赵舵, 郭爱, 陈维荣, 刘楠

2020, 55(4): 839-846. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190442

摘要(674)

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PDF 1027KB(14)

摘要:
为了提升电动汽车动力性能、降低车辆成本，以复合电源成本和车辆电耗最小为目标，通过交叉熵（cross- entropy，CE）算法对车载复合电源的参数优化进行了研究. 首先，以某款纯电动汽车为研究对象，根据能量与功率性能指标确定锂离子电池和超级电容的容量范围；其次，选取复合电源成本和车辆电耗建立多目标优化函数，并在ADVISOR环境中搭建车辆仿真模型；接着，采用CE算法，通过种群的不断迭代，更新高斯概率密度函数的均值和方差，找到复合电源参数的Pareto最优解集；最后，从最优Pareto解集中选取典型的匹配参数，分析复合电源成本、车辆电耗和整车性能. 研究结果表明：在满足基本约束的前提下，得到了由100个解组成的Pareto最优解集. 与第二代非劣排序遗传算法（non-dominated sorting genetic algorithm-Ⅱ，NSGA-Ⅱ）比较，CE算法有更好的收敛性与分布性；复合电源成本平均降低了9.49%，车辆电耗平均降低了22.81%；此外，城市道路循环工况（urban dynamometer driving schedule，UDDS）下车速误差最大值降低16.15%，整车动力性也有显著提升，百公里加速时间缩短7.81%，最高车速提升1.98%.

新建牵引变电所的负荷预测及变压器容量优化配置

张丽艳, 孔宗泽, 边力丁

2020, 55(4): 847-855. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190429

摘要(624)

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PDF 1085KB(15)

摘要:
为了获得新建牵引变电所的负荷情况并校验优化所内牵引变压器的配置容量，将高斯混合模型用于牵引变电所实测数据聚类，然后引入神经网络对新建牵引负荷进行匹配分类. 依据聚类和分类结果，结合概率密度及蒙特卡洛抽样方法，实现新建电气化铁路牵引负荷的预测. 根据热传递原理和相对老化计算，建立新建牵引变电所牵引变压器温升与寿命损失的差分方程模型，对新建牵引变电所的牵引变压器容量进行优化配置. 通过对大量牵引变电所实测数据的分析，聚类后伪-F统计量达12.81，匹配分类后伪-F统计量进一步上升至12.90，表明本文聚类分类方法效果良好. 通过牵引变压器建模，将算例中变压器容量利用率从60%提高到96%，即使考虑安全裕度适当提高安装容量也能使容量利用率达到75%，实现了变压器容量的优化，充分利用了变压器的温度指标和寿命损失.

电气化铁路同相储能供电技术

黄小红, 赵艺, 李群湛, 廖勤宇, 唐思达, 王喜军

2020, 55(4): 856-864. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20181083

摘要(630)

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PDF 3214KB(26)

摘要:
为进一步优化电气化铁路牵引变电所经济节能运行，提出了一种电气化铁路同相储能技术研究方案. 该方案基于运行图和历史数据，以负荷削峰为控制目标，实时控制储能装置充放电，治理以负序为主的电能质量问题；同时，降低系统对设备容量要求，节省运行费用，并能有效利用列车再生制动能量. 以京沪高铁实测数据分析了同相储能供电系统解决负序的有效性，并以飞轮作为储能装置进行了仿真分析和试验验证，最后分析了同相储能供电系统的经济性能. 研究结果表明：同相储能供电技术可取消50%电分相环节，治理负序的效果由储能装置功率决定，当储能装置功率为牵引负荷功率95%概率大值的10%时，可降低负序限值10%.

城市轨道交通站点失效修复策略

殷勇, 陈锦渠, 朱蔓, 刘杰

2020, 55(4): 865-872. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191133

摘要(667)

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PDF 904KB(18)

摘要:
为提高城市轨道交通（urban rail transit，URT）系统应对突发事件的能力，研究了URT站点在自然灾害及人为破坏情况下的修复策略. 分别运用随机攻击及蓄意攻击模拟URT站点遭受自然灾害及人为破坏的情况，结合仿真思想提出失效URT网络的仿真修复策略，运用平均修复策略、偏好修复策略及仿真修复策略实现受损URT网络的修复，结合全网可达性及未受影响乘客占比，提出全网可达性损失和全网未受影响乘客占比损失两类系统弹性损失指标用于衡量修复策略的有效性. 结果表明：蓄意攻击情况下全网可达性及未受影响乘客占比分别下降了2.54%及64.82%，高于随机攻击的2.34%及55.28%，蓄意攻击对URT网络的损害更大；修复因随机攻击而失效URT网络时，仿真修复策略的两类弹性损失指标分别为0.009及0.182，优于平均修复策略的0.012及0.305和偏好修复策略的0.010及0.197，修复因蓄意攻击而失效URT网络时，仿真修复策略的两类弹性损失指标分别为0.009及0.258，优于平均修复策略的0.012及0.312和偏好修复策略的0.014及0.354，表明仿真修复策略更适用于完成受损URT网络的修复工作；修复全程中仿真修复策略曲线的平均斜率为0.146，大于平均修复策略的0.092及偏好修复策略的0.117，表明相比于常规修复策略，仿真修复策略能达到更高的修复效率；当维修资源受限时，采用仿真修复策略能够达到最优的修复效果.

管型航路中航空器自主运行模式

叶博嘉, 薛奥林, 伍小元, 董云龙

2020, 55(4): 873-881. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180678

摘要(469)

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PDF 986KB(15)

摘要:
为了提升管型航路内航空器运行效率，降低飞行延误和冲突，首先选取了定速、超越和自由3种典型自主运行模式，并分析了其特点；其后，建立了管型航路中航空器自主运行仿真模型，并采用蒙特卡洛仿真与机器学习相结合的方法，分析了自主运行模式中关键变量的相关性；最后，以北京首都机场—广州白云机场高空航路为实例，建立了各衡量指标回归模型，并对3种模式典型指标进行了敏感性分析. 研究结果表明：自由模式中的吞吐量和总延误时间指标相对较好，但冲突率相对较高，冲突率最小值为0.036 1；超越模式中各项指标相对折衷，其航路资源的利用率不如自由模式，吞吐量约为自由模式的61.89%；定速模式中的航空器缺乏调整速度和间隔的调整能力，受航空器的初始间隔影响较为明显.

基于两阶段算法的运行图与天窗协同优化

徐长安, 倪少权, 陈钉均

2020, 55(4): 882-888. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180577

摘要(667)

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PDF 801KB(26)

摘要:
列车运行图铺画与天窗设置存在相互影响，相互制约的耦合关系，为了达到优化列车运行图结构，合理配置铁路运力资源的目的，在分析天窗与列车运行动态影响关系的基础上，以天窗设置对列车运行线铺画影响最小为目标，建立了列车运行图与天窗协同优化的混合整数规划模型. 考虑问题复杂性,设计了包含初步优化和综合优化的两阶段求解算法. 初步优化阶段采用基于专家经验的启发式算法得到列车运行图的大体框架，综合优化阶段利用禁忌搜索算法获取全局最优解. 最后以宝成线（阳平关—成都）为例进行有效性验算. 结果表明，相较于人机交互编制所得运行图，优化得出的运行图中所有客货列车在途经车站的总停留时间降低了6.19%，共减少1 355 min，其中旅客列车和货物列车在站停留时间分别降低了3.08%和7.40%，减少总时间分别为189 min和1 166 min.

基于改进安全域的轴箱轴承状态监测

赵聪聪, 白杨, 刘玉梅, 赵颖慧, 施继红

2020, 55(4): 889-895. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180584

摘要(597)

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PDF 1467KB(10)

摘要:
为了提高高速列车轴箱轴承的运行可靠性，将安全域理论引入到轴承的状态监测，并将传统安全域估计转化为确定安全域的边界值来避免复杂模型参数的影响；利用归一化内禀模态分量的能量距构建轴承运行的状态特征向量，根据关联函数建立轴承安全域边界值估计模型，采用粒子群优化算法进行寻优求解；基于求解结果，结合关联函数定量分析轴承的运行状态，利用轴承全寿命疲劳试验进行验证，并将该方法应用于轴箱轴承的状态监测. 研究结果表明：全寿命试验的轴承运行状态的检出率和分类正确率分别为0.951和0.939；高速列车轴箱轴承运行状态的分类正确率为0.935，轴承运行正常，与其实际状态相一致.

高铁扣件的自适应视觉检测算法

范宏, 侯云, 李柏林, 熊鹰

2020, 55(4): 896-902. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20180496

摘要(861)

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摘要:
为了实现高铁缺陷扣件的准确、快速和自动化检测，提出一种基于图像处理技术的高铁扣件自适应视觉检测算法. 针对高铁扣件图像的特性，使用改进的LBP (local binary pattern)算子提取扣件的显著特征；在扣件特征图的基础上，采用模板匹配算法得到扣件区域在原始图中的精确位置，进而得到扣件子图并用扣件的位置信息校验定位结果；以相邻两个扣件子图的差值作为判断依据，如果差值大于预设的阈值，相应的扣件则被判断为缺陷扣件. 将该检测算法应用于高铁工务部门提供的真实扣件图. 研究结果表明：本文提出的自适应扣件检测算法在雨天的表现最差，检出率为96%，误检率为0.50%；在晴天的表现最好，检出率为100%，误检率为0.22%；在不同天气、光照、环境下的综合检出率为99%，综合误检率为0.33%.

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2020年第55卷第4期

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