西南交通大学学报

大跨度连续梁拱桥多点多维地震响应分析

李小珍, 杨得海, 雷康宁, 肖林, 戴胜勇

2021, 56(2): 221-228. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190400

摘要(695)

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摘要:
为研究多点多维地震动作用下大跨度连续梁拱桥的动力响应，以我国南方某主跨为139 m的钢管混凝土连续梁拱桥为研究对象，基于有限元软件OpenSEES建立桥梁的三维有限元分析模型，人工合成空间非一致地震动，探究地震动的失相干程度、场地条件及行波波速对桥梁动力响应的影响. 研究结果表明：地震波的空间变异性效应会对连续梁拱桥的地震响应产生明显影响，仅考虑一致地震动激励会高估桥梁结构的地震响应；场地效应对桥梁地震响应的影响规律最为突出，随着支撑点处的场地越来越松软，桥梁各个部位的内力及位移响应均大幅增加；地震动的失相干效应越明显，桥梁拱肋的内力越大，位移越小；行波效应对桥梁结构的地震反应没有较为明确的影响规律，但不可忽略其作用，仅考虑行波效应会严重低估下部结构的地震响应；在大跨度桥梁结构的地震响应分析中，应着重考虑地震动的空间变异性效应，并且准确衡量各因素的作用.

考虑桩土相互作用的车-轨-桥系统地震响应分析

雷虎军, 黄江泽

2021, 56(2): 229-237. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190694

摘要(606)

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摘要:
弄清桩土相互作用对车桥系统地震响应的影响对于研究地震引起的高速铁路桥上列车行车安全问题十分必要. 基于列车-轨道-桥梁耦合振动理论，采用Winkler地基梁模拟群桩基础并通过m法计算弹簧参数，建立了地震作用下的列车-轨道-桥梁-群桩耦合振动模型，并编制了仿真分析程序. 以某（88 + 168 + 88）m预应力混凝土连续刚构桥为例，分别建立了考虑桩土相互作用的群桩基础模型以及作为对比的刚性基础模型和弹性基础模型，通过输入3条典型地震波，计算对比了3种模型的耦合振动响应，研究了桩土相互作用的影响. 结果表明：地震作用下桩土相互作用对桥梁、轨道和列车子系统动力响应的影响横向大于竖向，且对桥梁、轨道子系统动力响应的影响大于列车子系统；对于本文的计算条件，不考虑桩土相互作用会使桥梁、轨道和列车子系统的动力响应偏小，其中列车的脱轨系数、轮重减载率和轮轴横向力平均值分别偏小5.8%、8.6%和9.0%；桩土相互作用对列车行车安全性指标的影响不会随车速的变化而变化. 本文的研究成果可为震区高速铁路桥梁的抗震设计提供参考.

中央开槽宽度对箱梁涡振特性的影响机理

陈星宇, 徐昕宇, 郑晓龙, 曾永平, 李永乐

2021, 56(2): 238-245. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190505

摘要(531)

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摘要:
设置中央开槽的箱梁通常具有良好的颤振稳定性，但该类箱梁在大攻角来流作用下的涡振性能尚不明确. 采用数值模拟方法，针对某大跨度桥梁的流线型箱梁断面，分析了5种不同中央开槽宽度箱梁的流场特性和涡振稳定性能，探究了大攻角下中央开槽宽度变化对箱梁涡振性能的影响规律，并根据静态和动态流场的变化，系统讨论了相应的气动机理. 研究结果表明：在−10°～10° 风攻角范围内，封闭箱梁的阻力系数始终最小，而其升力系数绝对值则普遍大于开槽箱梁；中央开槽宽度（L）对箱梁涡振性能影响显著，箱梁涡振振幅随着开槽宽度的增大而减小，L/B（B为箱梁宽度）由0变化至0.20，涡振振幅变化幅度达到40.9%；开槽宽度的变化会影响箱梁上表面大旋涡的运动以及箱梁中央区域来流分离程度，进而改变箱梁的涡振振幅.

隧道掌子面岩体裂隙快速识别方法

冷彪, 张毅, 杨辉, 侯高鹏

2021, 56(2): 246-252, 322. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190749

摘要(712)

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摘要:
隧道掌子面上含有许多地质信息，若能充分提取和分析，将有助于对隧道工程地质状态作出评价，用于指导隧道设计和施工. 以隧道掌子面数码图像为基础，对掌子面上岩体裂隙检测、提取、分组算法进行研究. 首先，基于数字图像处理技术对掌子面岩体裂隙目标分割算法进行分析，根据分割结果，通过图像细化和边界线拟和、分离、合并、过滤，连接不连续边界，过滤短边界，形成较完整的岩体边界线识别结果；然后，计算岩体边界线视倾角，将视倾角相近的边界线合并为一组，实现对裂隙边界线的自动分组；最后，将本方法应用于实际掌子面岩体图像测试其有效性. 测试结果表明：该方法基本实现了对掌子面上岩体裂隙的自动提取和分组；对具有明显裂隙的掌子面岩体，本算法能较完整的提取出岩体裂隙，错误提取率不超过10%，并实现了自动分组，自动分组错误率不超过5%，提高了掌子面岩体分析的自动化程度，可用于地质素描，并为掌子面围岩分级提供参考依据.

不同粗糙度岩体节理面的应力松弛特性及机理

王振, 顾琳琳, 沈明荣

2021, 56(2): 253-260. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190395

摘要(623)

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摘要:
应力松弛是岩体节理面时效特性的重要组成部分，也是影响岩体工程长期稳定性的重要因素. 为研究不同粗糙度岩体节理面的应力松弛特性，并进一步探索节理面的应力松弛机理，选取Barton标准剖面为人工模拟节理面的表面形态，并用水泥砂浆浇筑成型；然后，对其进行了分级加载剪切应力松弛试验，研究了不同粗糙度节理面在不同初始应力水平下的应力松弛曲线及应力松弛速率曲线特征，给出了松弛应力与初始应力之间的关系，并结合试验现象分析了应力松弛的发生机理. 研究成果表明：随着初始松弛应力的升高，松弛应力先减小后增大，即岩体节理面应力松弛能力先减弱后增大，该现象与剪切过程中节理面的变形和裂隙发展有关，应力松弛是试验机为保持变形不变而不断调整，同时内部裂隙发育导致其内部抗力减小，进而引起应力下降的过程，并且粗糙度（JRC）越大，应力松弛能力越强.

表面有螺旋装饰条的大跨贝壳形屋盖风荷载特性

林拥军, 林池锬, 周祎, 刘开齐, 潘毅

2021, 56(2): 261-271. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190472

摘要(550)

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摘要:
为了解装饰造型对大跨贝壳形屋盖风荷载特性的影响，研究了某表面有螺旋形装饰条高铁站房屋盖的风压分布特征. 首先，基于Reynolds时均RNG k-ε湍流模型，建立表面有装饰条大跨贝壳形屋盖的数值风洞模型，以模拟屋盖风压分布，通过与风洞试验结果的对比分析，验证了数值模型的可靠性和适用性；然后，建立表面无装饰条贝壳形屋盖的数值风洞，并进行数值模拟；最后，将表面有装饰条屋盖和表面无装饰条屋盖的计算结果进行对比，从风荷载升力系数、局部体型系数和局部区域速度矢量分布方面，分析表面有螺旋形装饰条贝壳形屋盖的风场变化特性. 研究结果表明：数值模拟得到的表面有装饰肋条大跨贝壳形屋盖风载体型系数与风洞试验的体型系数相对误差在 ± 25%以内，风荷载升力系数偏差率在−7.1%～6.1%；表面有装饰条模型的风载升力系数小于表面无装饰条模型，最大偏差率达22.4%，设置装饰条对大跨贝壳形屋盖的整体抗风有利；设置装饰条可以使屋面大部分区域的局部风压减小0～50%，但也会使得个别区域增大2～5倍，在对局部附属构件设计时应予以重点关注；装饰肋条间有一定的狭管效应，肋条对风流的阻挡效应致使风流在肋条处有明显的漩涡产生，并使得肋条自身的风压较高，表面有装饰条屋盖会在背风面产生比表面无装饰条屋盖更大范围的尾涡.

PP-ECC梁抗弯性能试验研究

李福海, 胡丁涵, 余泳江, 王江山, 靳贺松

2021, 56(2): 272-281. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190081

摘要(568)

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摘要:
为研究聚丙烯纤维水泥基复合材料（PP-ECC）梁与普通钢筋混凝土梁在弯曲荷载作用下力学性能的差异，通过四点弯曲加载，对PP-ECC梁的抗弯性能进行了试验探究. 对PP-ECC梁的弯曲破坏过程进行了阶段划分；基于计算假定和简化后的PP-ECC本构模型推导出PP-ECC梁各阶段的理论临界荷载；通过试验结果对计算模型进行验证，并对比相同配筋率下PP-ECC梁与普通钢筋混凝土梁在抗弯承载力、裂缝发展形态、跨中最大变形以及延性等方面的差异. 研究结果表明：受拉区PP-ECC材料开裂之后并不退出工作而是协同受拉钢筋参与全截面受力；使用简化本构模型计算的PP-ECC梁理论抗弯承载力计算模型精度达到0.83～1.17，具备较良好的精度；PP-ECC梁在达到极限状态时，受拉区呈多裂缝稳态发展，在达到80%极限承载力时，最大裂缝宽度小于0.2 mm；相同配筋率下，PP-ECC梁在每一加载级别的变形、跨中最大变形以及位移延性系数均高于普通钢筋混凝土梁（跨中最大变形和位移延性系数平均提高71.39%和42.84%），并且随着配筋率的提高，跨中最大变形和位移延性系数下降；配筋率相同时，PP-ECC梁的极限抗弯承载力较普通钢筋混凝土梁平均提高6.09%.

支主管夹角对X形圆钢管节点轴向传力的影响

赵必大, 李克, 刘成清, 吴剑国

2021, 56(2): 282-288. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190041

摘要(596)

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摘要:
为了研究支主管夹角对X形圆钢管相贯节点轴向受力性能的影响，进行相关试验来校验有限元模型，以有限元为手段分析了支主管夹角对X形节点在支管轴力作用下的传力特性和承载力的影响；根据有限元参数分析结果，对支主管夹角较小的节点的承载力提出了改进建议. 研究结果表明：节点试件的破坏模式为相贯线附近主管管壁局部屈曲；当支主管非正交但夹角大于60° 时，节点的传力特性与支主管正交节点的相近，符合Togo模型的假定，现行规范中的夹角正弦的倒数项能精准地反映夹角对节点承载力的影响；但当节点的支主管夹角小于45° 时，其传力特性与Togo模型的假定有较大的差异，夹角正弦的倒数也低估了支主管夹角对节点承载力的提高，对于夹角接近30° 的节点甚至低估了30%；因此建议当夹角小于45° 时，在规范已有的节点承载力计算式的基础上乘以修正系数.

42号高速道岔转辙器区钢轨磨耗规律的预测分析

王璞

2021, 56(2): 289-299. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200060

摘要(568)

HTML全文 (306)

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摘要:
为了弥补42号高速道岔钢轨磨耗规律理论研究的不足，建立了高速道岔钢轨磨耗发展的理论预测模型. 基于Archard材料磨损理论和车辆-道岔耦合动力学仿真分析进行钢轨磨耗深度分布计算；采用了一种自适应步长算法对岔区各特征位置钢轨型面进行更新，可有效减少误差累积、改善数值模型稳定性；基于理论预测模型研究了42号高速道岔尖轨和基本轨的磨耗分布和发展规律. 研究的主要结论如下：1）直向过岔时，轮载过渡发生于35.0～50.0 mm断面之间；在轮载过渡前磨耗发展缓慢加快，轮载过渡区段磨耗发展迅速加剧，轮载过渡完成后磨耗发展有所减缓. 2）侧向过岔时，列车进岔后很快就开始贴靠曲尖轨运行，9.1 mm断面即出现侧磨；随着曲尖轨逐渐加宽，尖轨轨肩始终存在较严重磨耗，直基本轨虽主要承担轮载，但磨耗相对曲尖轨要小得多；轮载过渡开始后曲尖轨磨耗分布变宽，轨肩磨耗显著减小，至全断面后曲尖轨磨耗再次显著减小；曲基本轨磨耗均主要分布于轨头中部，轮载过渡前磨耗发展逐渐加快，过渡开始后磨耗发展减缓.

6号对称道岔脱轨机理及影响因素

司道林, 王树国, 王猛, 杨东升, 王璞

2021, 56(2): 300-305. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190870

摘要(814)

HTML全文 (522)

PDF 1999KB(28)

摘要:
编组场内使用的主型6号对称道岔发生多起脱轨事故，其安全问题一致未得到有效解决. 为探索脱轨原因、提出合理应对措施，首先基于准静态轮轨接触理论分析道岔区轮轨接触特征，进而建立车辆-道岔耦合动力学模型，以车轮动态抬升量为评价指标分析车辆、轨道、道岔结构参数对爬轨性能的影响特性. 结果表明：轮缘贴靠尖轨尖端时接触角仅为53°，脱轨系数临界值不足0.73，是导致6号对称道岔脱轨风险较高的根本原因；尖轨顶宽5 mm处降低值由14 mm减至10 mm、转辙角由1.1° 降至0.9°、无轨撑扣件的垫板刚度由150 kN/mm降至50 kN/mm等措施，均可使得车轮抬升量保持在3 mm以下；道岔前端设置长度不小于3 m直线段、保持良好的轴箱定位状态、尖轨侧面摩擦系数保持在0.3以下也有利于防止脱轨事故发生.

精细建筑物碎片化纹理优化的二维装箱方法

朱庆, 张琳琳, 胡翰, 翁其强, 丁雨淋, 李赟, 张叶廷

2021, 56(2): 306-313. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190103

摘要(563)

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PDF 2138KB(26)

摘要:
为了解决精细建筑物模型大量碎片化纹理造成模型加载时间长和实时渲染效率低的问题，提出一种精细建筑物碎片化纹理优化的二维装箱方法. 计算共用纹理并集区域，优化冗余纹理内容，并同时顾及超出常规坐标[0，1.0]范围的异常纹理；使用二维装箱算法对优化后的离散纹理进行封装，降低纹理数量；利用纹理映射和纹理集技术将优化后的纹理重映射到建筑物表面，然后对建筑群进行实验.研究结果表明：使用本文方法，纹理数据量减少了71.20%，纹理文件数量减少了99.37%，模型载入耗时减少了98.86%，图像处理器耗时减少了63.06%，并可有效避免因异常纹理坐标导致的纹理错误映射问题，同时也提高了数据格式的兼容性.

风环境视野下杭州基座与毗邻式裙房布局分析

应小宇, 梁孝鑫, 李思源, 杜诗祺, GRACEDing

2021, 56(2): 314-322. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190322

摘要(447)

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PDF 5292KB(10)

摘要:
为探究高层办公建筑基座式与毗邻式裙房布局对室外场地行人高度（1.5 m）处风环境的影响，选择地块内单幢高层建筑为研究对象，从裙房的位置、高度、迎风面宽度和进深状况对基座式与毗邻式裙房布局进行讨论，利用穷举法得到多种典型布局，并通过CFD （computational fluid dynamics）流体力学模拟软件Phoenics对地块内的建筑室外风环境进行模拟，对比得到基座式与毗邻式裙房的最优布局模式. 研究结果表明：在杭州高层建筑密集地块进行高层办公建筑裙房设计时，毗邻式裙房布局优于基座式，当裙房高度设计范围在15.0～20.0 m，裙房迎风面宽度设计范围为70.0 m左右，裙房迎风面进深长度在50.0～60.0 m时，风环境状况最好.

位场向下延拓系数矩阵性质及Barzilai-Borwein向下延拓法

张志厚, 廖晓龙, 姚禹, 范祥泰, 路润琪

2021, 56(2): 323-330, 362. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190440

摘要(484)

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PDF 2843KB(11)

摘要:
位场的向下延拓不仅仅能够提高地球物理数据解释的可靠性，在导航方面也有着重要的作用. 为了进一步提高计算精度和速度，提出了位场向下延拓的Barzilai-Borwein （BB）法. 首先证明了位场向下延拓的系数矩阵为对称的双重Toeplitz系统矩阵（block-Toeplitz-Toeplitz-block，BTTB）；其次，假定该系数矩阵为正定的条件下，采用BB法迭代求解下延方程组，并约束其迭代步长确保算法收敛；最后，分别通过理论模型无噪声数据和实际资料对BB法进行检验，并与积分迭代法进行对比. 结果表明：理论模型验证时，同一收敛精度条件下，BB法的计算速度是积分迭代法的2倍以上；实际资料检验时，在相同计算次数下，BB法与积分迭代法的平均相对误差分别为6.1%与7.7%.

顾及A公报影响的天文测量精度分析

陈少杰, 高玉平, 时春霖, 尹东山, 王平利, 刘娜, 秦炜

2021, 56(2): 331-338. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200218

摘要(507)

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PDF 2497KB(13)

摘要:
地球定向参数是解算天文测量数据的重要参数，其精度直接影响最终的定位定向结果. 目前，没有一种技术手段可以实时获取高精度的EOP （earth orientation parameters）观测值，主要使用国际地球自转和参考系服务（International Earth Rotation and Reference Systems Service，IERS）发布的Bulletin A （简称A公报）预报值进行解算，但其对天文测量影响尚缺少系统的研究. 为此，研究了1998年—2018年每年1～365 d预报误差的长期变化情况及不同时间跨度的预报误差变化情况，并以某站数字天顶仪观测数据为例分析了预报误差对天文测量的影响. 分析结果表明：1年跨度的极移预报值对天文经度的影响小于0.03 as，纬度的影响小于0.09 as，天文方位角小于0.07 as，该指标远高于一等天文测量的精度要求；UT1−UTC （universal time1−universal time coordinated）的预报精度是限制A公报精度主要因素，其40 d以上的预报值无法满足一等天文测量的最低要求，预报精度仍有待于进一步提升.

基于MVTV Copula方法的多风电场电力系统经济调度分析

李奇, 潘俞如, 邱宜彬, 陈维荣

2021, 56(2): 339-346. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190459

摘要(449)

HTML全文 (246)

PDF 1820KB(12)

摘要:
针对多维风电出力数据间相关性对含有多风电场的电力系统经济调度影响问题，提出了MVTV Copula （mix vine time-varying Copula）方法，以此构建多风电场出力数据随机场景，并建立基于机组燃料费用及再调度费用最小为目标的电力系统经济调度模型. 为验证所述方法的有效性，采用IEEE-30节点系统，并以我国某地3个相邻风电场的实际出力为例对所述方法进行了仿真验证. 仿真结果表明：不考虑风电出力相关性的经济调度费用仅为实际调度费用的43.6%，而应用所述MTVT Copula方法建模后的再调度费用则更加接近实际调度费用，为实际调度费用的82%，验证了本文所提方法的有效性.

高速铁路接触网腕臂系统的力学特性

张静, 刘金增, 刘志刚, 储文平

2021, 56(2): 347-353. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190040

摘要(825)

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PDF 2380KB(31)

摘要:
为了解决高速铁路接触网腕臂疲劳裂纹及零部件脱落的难题进行了腕臂系统的力学特性研究. 建立了腕臂的实体有限元模型，研究了腕臂系统在风环境和覆冰影响下的静力学特性；采用模态分析，获得腕臂的固有频率和振型；基于变形方程，推导出腕臂系统载荷的传递函数，获得了腕臂上载荷的分布规律；通过台架试验验证了腕臂实体有限元模型的正确性. 研究结果表明：腕臂系统的最大位移均在定位线夹处；当覆冰载荷作用时，腕臂系统的最大应力点在斜腕臂和套管双耳连接的螺栓处；当静风荷载作用时，腕臂系统的最大应力点在定位线夹处.

应对移动阴影的车载光伏步进扫描快速功率追踪

韩国鹏, 薛聪聪, 王伟, 陈维荣, 郭爱, 戴朝华, 刘正杰

2021, 56(2): 354-362. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191183

摘要(502)

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PDF 2584KB(16)

摘要:
移动阴影给车载光伏最大功率跟踪（maximum power point tracking，MPPT）带来巨大挑战. 为提高移动阴影遮挡下的功率追踪速度，提出一种新的车载光伏全局最大功率跟踪（global maximum power point tracking，GMPPT）自适应步进扫描方法. 首先，分析温度及辐照强度对光伏单体输出特性的影响规律，基于温度及短路电流预测光伏单体开路电压；其次，基于串联光伏阵列的最大功率点电压与光伏单体输出特性的关系，以及局部阴影条件下多峰曲线峰值点电压和功率的变化特性，提出功率追踪步进扫描的自适应步长求取方法；最后，通过仿真及样车试验对所提算法进行可行性测试和评估. 结果表明：与常规扫描法相比，本算法的追踪速率最高可提升74%，且可避免严重遮挡时无法追踪全局最大功率点的问题.

乘性噪声作用下延迟分数阶系统中的随机共振

朱建渠, 金炜东, 郭锋

2021, 56(2): 363-370. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191181

摘要(493)

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摘要:
时间延迟是动力系统的共同特性，在科学领域中得到广泛应用. 分数阶微积分具有时间记忆性和长程空间相关性，能更好地描述具有记忆、路径依赖性的物理过程，但很少文献研究延迟分数阶系统中的随机共振现象. 为此，研究乘性噪声作用下延迟分数阶系统中的随机共振. 基于线性系统理论，利用拉普拉斯变换和小延迟近似方法，得到了分数阶系统输出幅度增益（output amplitude gain，OAG）表达式. 研究结果表明：OAG是延迟时间的非单调函数；在OAG与乘性噪声的强度和相关率、随机延迟的相关率，以及分数指数和系统驱动信号频率的关系曲线上出现了随机共振现象；当乘性噪声强度较小，以及乘性噪声相关率相对较小或相对较大时，OAG随阻尼系数的增大而减小；而当乘性噪声强度较大，以及乘性噪声相关率取中间值时，OAG随阻尼系数的增大而增大.

物流信息平台增值服务投资策略与演化分析

桂云苗, 刘大玉, 龚本刚

2021, 56(2): 371-377, 384. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190477

摘要(498)

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摘要:
为了提高物流信息平台的竞争优势，考虑平台主体之间演化关系，探讨了物流信息平台增值服务投资策略问题. 首先，分析不同增值服务投资策略下的用户行为与特征，建立用户效用函数和平台利润函数；其次，构建基于Hotelling模型的竞争性物流信息平台增值服务投资定价模型，探讨了双边单归属与单边多归属两种情形下平台增值服务的最优投资策略；最后，基于平台增值服务最优投资策略构建平台主体决策行为的演化博弈收益矩阵，分析物流信息平台双方投资演化行为，获得平台增值服务投资的演化均衡策略. 研究结果表明：双边用户单归属下，当增值服务单位投资成本在一定阈值内时，两个平台采取相同的投资策略；当增值服务投资单位成本不在该阈值内时，单个平台采取投资策略或两个平台采取投资策略；单边用户多归属下，两个平台采取相同的投资策略.

重载列车车钩力对列车偏载安全性影响

王蔚, 彭其渊, 王奇, 肖新标

2021, 56(2): 378-384. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200053

摘要(737)

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摘要:
为了分析偏载列车在小半径曲线运行的安全性问题，基于重载列车纵向动力学模型和短编组三维重载车辆轨道耦合动力学模型，对偏载车辆的安全性指标进行了分析. 首先利用纵向动力学模型分析了重载列车纵向冲动时的车钩力特征和变化规律，其次将计算得到的车钩力作为边界条件输入到三维短编组重载车辆轨道耦合动力学模型，研究了小半径曲线运行时车钩力和车辆偏载量对列车安全性指标的影响. 研究结果表明：单编万吨列车的最大车钩压力随着车位的增大而减小；货车向外侧偏载时，钩压力对偏载货车安全性影响较大，钩拉力影响较小. 当钩压力增大到800 kN和车辆偏载量增大到500 mm时，轮重减载率将会增大到1.00，因此，制动工况更容易出现偏载脱轨事故；相同偏载量下，曲线外侧偏载下的轮重减载率比内侧偏载情形的大；当钩压力由0增大至800 kN时，由轮重减载率确定的横向偏载量安全限值由−421 mm降低至−215 mm，设定重载列车偏载的安全限值的时候应考虑纵向冲动的影响或制动加速度量的控制.

基于列车车次的动车组运用优化模型与算法

钟庆伟, 张永祥, 王典, 殷勇, 闫旭, 彭其渊

2021, 56(2): 385-394. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191140

摘要(743)

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摘要:
动车组运用计划的编制通常需要综合考虑运输安全、效率及成本等多方面因素，其编制质量及编制效率对高速铁路运营有重要影响. 为了快速获得高质量动车组运用计划，以降低综合运营成本和总空驶里程等为优化目标，建立了基于列车车次的可改编动车组运用优化混合整数线性规划模型，并设计了一个迭代逼近算法框架. 该算法框架将整个问题分解为主问题和子问题，其中主问题的最优解为整个问题提供有效下界，而主问题可行解集合中能够通过子问题检验的解为整个问题提供有效上界，从而算法框架可以不断地更新上、下界之间的最优间隙，迫使生成更接近于下界的新可行解. 多个实例分析表明：所提出的方法与人工方法相比，能够快速生成动车组运用计划，且使得动车组综合运营成本平均下降10.5%，总空驶里程平均减少23%.

城市轨道交通网络可靠性和运输服务质量评估

刘杰, 陈锦渠, 彭其渊, 殷勇

2021, 56(2): 395-402, 450. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190938

摘要(712)

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摘要:
为评估区间通过能力下降对城市轨道交通网络可靠性和运输服务质量的影响，首先，以区间通过能力下降前后乘客的相对广义出行费用确定乘客的出行是否可靠，并以出行可靠的乘客占比评估网络的可靠性；其次，以乘客的平均广义出行费用评估网络的运输服务质量，采用基于改进Logit模型的随机用户均衡配流模型计算乘客的广义出行费用，并通过MSWA （method of successive weighted averages）算法求解该模型；然后，通过区间影响的乘客占比、区间介数分别识别网络的重要区间；最后，以武汉地铁为例分析重要区间通过能力下降后的网络可靠性和运输服务质量. 仿真结果表明：受区间影响的乘客占比识别的重要区间对城市轨道交通网络的可靠性和运输服务质量产生重要影响；重要区间多与换乘站直接相连，并且各重要区间能影响网络中12.24%～13.96%的乘客；为保证武汉地铁网络可靠性高于0.95，网络最多能容忍区间介数识别的3个重要区间的能力下降20%，或区间影响的乘客占比识别的1个重要区间的能力下降20%；随着下降区间数目和下降比例的升高，网络的可靠性持续下降，但网络的运输服务质量下降的情况会有所减弱.

两种焊接工艺下过共析钢轨接头的冲击磨损性能

李炜, 宋伟军, 戴安, 常凯荣, 白威

2021, 56(2): 403-410. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190239

摘要(661)

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摘要:
为研究闪光焊、铝热焊两种焊接工艺下过共析钢轨焊接接头的冲击损伤演变行为以及性能差异，在自制的冲击磨损试验机上对过共析钢轨焊缝、热影响区软化部位及母材进行了不同冲击次数下的模拟实验. 研究结果表明：随着冲击次数的增加，钢轨焊接接头的冲击磨损均经历着塑性变形、点蚀破坏和疲劳剥落的过程，冲击损伤是疲劳磨损和氧化磨损共同作用的结果；由于焊接工艺导致的接头组织结构和力学性能的差异，热影响区软化部位冲击时塑性变形最严重，磨损体积和磨损率最大，抗冲击性能最差；由于对闪光焊焊接接头进行了焊后正火热处理，其组织结构及抗冲击性能明显优于铝热焊；硬度对焊接接头的抗冲击性能有显著影响，硬度越高，抗冲击性能越好，疲劳剥落出现的时间越晚.

TA3有限接触动态加压接骨板断口分析与失效机制

郑靖, 饶少凯, 周均, 杨丹, 沈黎新, 黄书浩

2021, 56(2): 411-419. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190182

摘要(572)

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摘要:
为探究TA3纯钛有限接触动态加压接骨板（LC-DCP）在人体内服役期间发生断裂的失效机制，采用化学成分分析仪、维氏硬度仪、光学显微镜和扫描电镜（SEM）等手段，对7个临床断裂失效的TA3纯钛LC-DCP样品进行了断口形貌分析；建立了TA3纯钛LC-DCP固定股骨干中段横形骨折的三维有限元模型，并采用ANSYS对该模型进行了受力分析. 研究结果表明：7个TA3纯钛LC-DCP样品的材料符合要求，断口均位于接骨板中段螺钉孔处；断口表面均出现疲劳辉纹和二次裂纹，裂纹源区、扩展区和瞬时断裂区的元素组成相同；骨折患者在愈合前下地行走会导致接骨板的最大剪切应力大于TA3材料的屈服强度极限，且最大剪切应力发生在接骨板中段螺钉孔处；TA3纯钛LC-DCP的临床断裂失效主要源于骨折患者在愈合前下地行走导致过载，使得接骨板中段螺钉孔处萌生裂纹，随后承受循环疲劳载荷，最终断裂失效.

基于轻量级模型的隧道岩性快速识别方法

夏毅敏, 李清友, 邓朝辉, 龙斌, 姚捷

2021, 56(2): 420-427. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191057

摘要(580)

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摘要:
为了解决隧道岩性现有识别方法中识别时间长、安全性低、主观性大等问题，结合不同岩性表面具有不同的成分特征，提出了一种基于轻量级模型与岩石图像的隧道岩性快速识别方法. 首先，通过相机采集隧道常见的片麻岩、花岗岩、石灰岩、大理岩、凝灰岩、砂岩等6类主要岩石，建立了岩石图像数据集并划分训练集、验证集与测试集；然后，基于轻量级模型MobileNet V2在ImageNet数据集上进行预训练，改进模型分类器结构以适应岩石数据集，并采用模型迁移学习训练方法对1170张训练集图像进行训练，获取了岩石岩性识别模型；最后，选取共计300张测试集图像在离线条件下进行了模型测试，并与VGG16模型与SVM （support vector machine）模型进行了对比. 实验结果表明：模型在测试数据集上的各项总体评估指标均在85%以上，其中凝灰岩各项评价指标达到94%以上，模型大小仅28.3 MB，平均识别时间为2880 ms，表明该识别模型体积小，识别准确率高，识别时间快，在精确率与识别速度上均优于传统方法.

高速列车盘形制动系统热机耦合特性分析

王东伟, 吴霄, 项载毓, 莫继良

2021, 56(2): 428-436. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20190879

摘要(857)

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摘要:
为了研究热机耦合对高速列车制动系统动力学行为的影响，建立了高速列车制动系统三维瞬态热机耦合有限元模型，进行拖曳制动状态下热机耦合特性的计算与分析；采用ABAQUS/Explicit热-位移瞬态分析法，探讨列车制动过程中的温度分布特性和振动行为，并与忽略热机耦合状态的系统动力学行为进行对比分析. 研究结果表明：制动过程中闸片温度动态变化，且会形成局部高温区导致热斑形成；由于制动盘和闸片发生一定程度弹性翘曲变形，导致闸片温度周向分布和径向分布出现复杂的温度分布特性，在闸片的内外径处和进/出摩擦区域的温度分布差异显著；制动过程中闸片在法向和切向上的振荡程度逐渐减弱，但是总体变形量逐渐增大，位移形变量达到6 μm；热变形主要发生在闸片两侧，闸片在进摩擦区的变形量（35 μm）明显大于出摩擦区处（25 μm），而闸片的中部出现明显的"凹陷"，即随着制动进行，闸片中部区域没有出现明显的热变形；在热机耦合状态下，制动系统振动先增大后降低，整体振动强度比忽略热机耦合时强；界面接触力的波动程度先增大后降低，总体呈上升趋势.

共享任务对汽车安全性和软件可用性的影响

景春晖, 支锦亦

2021, 56(2): 437-443. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20200002

摘要(424)

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摘要:
为了确定汽车共享交互任务与驾驶任务协同作用对驾驶安全性和交互可用性的影响，进而为汽车共享软件优化和汽车共享驾驶员筛选培训提供理论参考，首先针对24名经验丰富的中国驾驶员，利用汽车模拟驾驶试验，采集了车速变化、制动时间、交互时间等驾驶安全性和交互可用性参数数据，然后通过配对样本t检验方法，在停车状态和驾驶状态，对比分析了是否使用汽车共享软件对交互可用性绩效和驾驶安全性绩效的影响. 研究表明：相对于不操作共享任务，驾驶时操作汽车共享任务交互时间增加了24%～87%，满意度降低了15%，认知负荷增加了33%～61%，但交互错误不受影响；反向来看，驾驶时操作汽车共享任务会对驾驶安全性产生影响，表现为相对于不操作共享任务，制动反应时间增加了45%，方向盘调整次数增加了217%～761%，方向盘调整角度增加了25%～66%，驾驶错误增加了512%～1053%，车速降低了8%；汽车共享软件导致的驾驶分心只影响反应时间，不影响制动行为.

基于全卷积神经网络的机车信号降噪

邢玉龙, 王剑, 赵会兵, 朱林富

2021, 56(2): 444-450. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20191111

摘要(566)

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摘要:
机车信号从钢轨提取轨道电路信号作为行车凭证，其译码输出性能对列控系统的可靠性和安全性有直接影响. 但列车运行过程中，机车信号不可避免地混入大量噪声和干扰，译码前需要降噪以提高准确性. 为此，提出一种基于全卷积神经网络（fully convolutionalnetworks, FCN）的机车信号降噪方法，该方法利用基于原始波形“端到端”处理方式的FCN，直接从时域对机车信号进行降噪处理，以提高信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）；并利用仿真和实测数据对本方法进行了实验. 结果表明：相较于传统基于频谱的滤波方法，本方法对带内干扰有更显著的效果，采用FCN能使机车信号信噪比提高8～14 dB，可有效降低带内噪声.

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2021年第56卷第2期

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