钢轨波磨作为地铁线路的典型钢轨损伤形式，其高发区段常伴随着扣件弹条断裂问题，严重影响列车的运营安全. 其中，科隆蛋扣件小半径区段是钢轨波磨的高发区段. 为探究科隆蛋扣件弹条的断裂机理，首先结合现场调研，构建包含完整科隆蛋扣件的轮对-钢轨-扣件系统有限元模型；然后，从共振响应的角度探究轮轨摩擦耦合振动激励下科隆蛋扣件弹条的共振响应；最后，从疲劳寿命角度，对比有无波磨区段科隆蛋扣件弹条的疲劳寿命情况，并以此量化不同弹条的疲劳损伤情况. 研究结果表明：在钢轨波磨高发区段，轮轨摩擦耦合振动主频与科隆蛋扣件弹条一阶约束模态一致，轮轨摩擦耦合振动引起的弹条共振是科隆蛋扣件断裂的主要原因；钢轨波磨加剧了轮轨摩擦耦合振动，使得科隆蛋扣件弹条寿命相较无波磨区段下降99.04%，仅为设计寿命的3.11%；此外，科隆蛋扣件小半径曲线区段低轨工作边一侧的弹条更容易发生疲劳失效，失效位置位于其弹条后拱端内侧.

为研究城市分岔隧道中纵向通风和空气幕的协同作用对控制隧道火灾烟气的影响，基于1∶10小尺寸分岔隧道火灾实验，综合考虑纵向通风、空气幕射流速度、角度和厚度等变量，对纵向通风和空气幕协同作用下的分岔隧道沿程温度和最高温度进行分析. 首先，通过57组小尺寸隧道火灾实验，分析空气幕的防烟隔热效应；然后，根据隧道火灾顶棚最大温升的无量纲经验相关公式，在固定热释放速率47.9 kW下，构建空气幕和纵向通风协同作用下的最高温升模型；最后，将不同工况下的最大温升实验值与所构建的最高温升理论模型预测值进行对比验证. 研究表明：空气幕可以有效地帮助纵向通风降低主隧道温度，最高可降低420 ℃，同时可有效防止烟气进入分岔隧道；当空气幕射流速度较小时，纵向风速的增加，能有效防止烟气在分岔口积聚，提高空气幕对烟气的阻隔效率，隧道分岔点处烟气温度最高可降低170 ℃；最高温升理论模型与实验结果之间的误差小于10%.

为设计高效稳定的演化算法，将方程求根的不动点迭代思想引入到优化领域，通过将演化算法的寻优过程看作为在迭代框架下方程不动点的逐步显示化过程，设计出一种基于数学模型的演化新算法，即不动点演化算法（fixed point evolution algorithm，FPEA）. 该算法的繁殖算子是由Aitken加速的不动点迭代模型导出的二次多项式，其整体框架继承传统演化算法（如差分演化算法）基于种群的迭代模式. 试验结果表明：在CEC2014、CEC2019基准函数集上，本文算法的最优值平均排名在所有比较算法中排名第1；在4个工程约束设计问题上，FPEQ与CSA、GPE等多个算法相比，能以较少的计算开销获得最高的求解精度.

列车轮对的特征值与转速密切相关，进行轮对故障定量分析时需要采集某转速下一定长度的信号，而实际工作于变速工况的系统难以方便获得该信号，为满足定量分析的要求，提出一种不需要转速计的信号重构方法，该方法利用升降速工况下的短信号片段拼接成指定转速下的定速信号. 首先，采用STFT （short-time Fourier transform）峰值搜索方法获取转速曲线，并提取通过指定转速的多个信号片段；其次，将信号片段转换成角域信号，并通过互功率谱密度确定信号间的相位差，根据相位差和前信号的长度，得到信号间的拼接位置，并采用插值和融合技术保证拼接信号的连续性；最后，将拼接得到的角域信号恢复成时域信号. 经与轮对结构相似的转子实验台实验验证：某裂纹轴在升降速过程中，使用本方法获得的各转速拼接信号频谱和实验获得的定速信号频谱高度接近，其中15.0 Hz拼接信号与定速信号1x、3x值（1x和3x表示转速的1倍频和3倍频）的相对误差仅为0.9%、1.0%，将待拼接信号加入噪声且缩短到1.5个周期后，拼接相位误差不超过10°.

为研究表面超声滚压（SURP）处理对EA4T车轴钢疲劳性能的影响，首先，采用SURP技术对EA4T车轴钢试样进行表面处理，并对处理后的试样进行表面性能测试，分析表面三维形貌、粗糙度、硬度、残余应力、半高宽（FWHM）和晶粒尺寸的变化；然后，采用旋转弯曲疲劳试验机对EA4T车轴钢试样进行疲劳试验，获得应力-疲劳寿命（S-N）曲线，并分析裂纹扩展规律，研究SURP处理对EA4T车轴钢疲劳性能和裂纹扩展行为的影响；最后，采用BP（back propagation）神经网络建立了以加载应力幅值、表面粗糙度、表面半高宽、表面硬度、硬化层深度、表面残余应力和残余应力层深度为输入的超声滚压EA4T车轴钢疲劳寿命预测模型，并对超声滚压EA4T车轴钢试样进行寿命预测. 研究结果表明：SURP处理可以使试样表面粗糙度降低为0.17 μm，并去除表面梨沟形貌；试样表面硬度提升至420 HV，试样表面引入约 −500 MPa的残余应力以及约550 μm深的残余应力层；研磨试样和研磨抛光试样以及SURP处理试样均具有传统疲劳极限，研磨试样和研磨抛光试样的疲劳性能基本一致，且疲劳极限均为355 MPa，SURP处理试样疲劳性能显著提升，其疲劳极限为455 MPa，相比研磨试样提升了28%；疲劳断口观察表明，所有试样的疲劳裂纹均萌生自表面，SURP处理没有改变试样的疲劳破坏机制；SURP处理使试样的裂纹扩展门槛值从6.29 MPa·m^1/2增加到11.21 MPa·m^1/2，同时减缓了裂纹萌生以及短裂纹扩展，从而显著提高了EA4T车轴钢疲劳性能；超声滚压EA4T车轴钢疲劳寿命预测模型预测精度为88.5%.

车轮多边形磨耗会恶化轨道车辆振动环境，导致结构部件的共振疲劳失效，严重威胁行车安全. 为研究地铁车辆车轮多边形磨耗的形成机理，开展线路动态跟踪试验研究，建立车轨垂向耦合有限元模型和动力学模型，并进行轮轨长期磨耗迭代仿真分析. 研究结果表明：实测车辆发生了明显的7～9阶的车轮多边形磨耗，导致车辆出现50～70 Hz的强迫振动，频率与轮轨系统耦合振动P₂力频率接近；通过车轮磨耗迭代仿真分析，确定了钢轨周期性接头焊缝不平顺引起的轮轨系统P₂力共振是导致车轮7～9阶多边形磨耗的根本原因；对钢弹簧浮置板道床和梯形轨枕道床而言，长期轮轨P₂力作用会分别引起8阶和15阶车轮多边形磨耗.

城市道路中交叉口信号周期性变化会导致车辆出行的不确定延误，为降低车辆在交叉口处产生的信号延误，以路段旅行时间和交叉口期望延误最小为优化目标，提出一种改进的超路径规划方法. 首先，根据车辆到达交叉口的概率分布函数，推导出车辆在信号交叉口的期望等待时间和转向比例计算公式；其次，引入标号设定算法构建高性能超路径规划方法；最后，将改进的超路径规划方法应用于南京新街口区域的路网，通过最优超路径集合分析证实其适用性. 研究表明：与最短路出行策略相比，车辆遵循基于超路径规划方法的出行策略，在行进过程时从最优超路径集合中选择变换的行驶路线可降低67.1%的交叉口信号延误和22.3%的总旅行时间；此外，超路径出行策略可优化路网中的出行结构，缓解交通拥堵，实现流量均衡.

出发追踪间隔时间是限制列车实现3 min追踪运行的主要瓶颈之一，压缩出发追踪间隔时间可有效提高线路通过能力. 首先，分析高速列车出发追踪运行过程，提出在出站信号机内侧一定距离设置预发车信号机，使列车在出站信号机开放时具有一定初速度且剩余出站距离缩短；并设计预发车过程的“故障导向安全”原则以确保列车不冒进出站信号机；然后，在分析影响压缩出发追踪间隔时间因素的基础上，研究不同预发车方案下的列车控车模式曲线；最后，以上海虹桥站高速场为例进行仿真验证. 研究表明：该方法能压缩列车出发追踪间隔时间，压缩效果随预发车距离的增大呈现先上升后下降的趋势；在到发线有效长可提供200 m预发车距离时，最大可压缩列车出发追踪间隔时间26 s以上.

为研究非点源交通拥塞的影响范围及关键路段识别，引入风险场强理论、区域生长法对烟羽模型进行适应性改进，以确定最大、核心影响范围及识别关键路段. 首先，对非点源交通拥塞的“源-路径-汇”进行界定，以2021年贵阳市的交通调查数据、交通状态数据等为基础，构建非点源交通拥塞的“源”风险场强模型；考虑不同土地利用性质的交通影响力及不同道路等级调整系数并进行标定，建立基于不同“源”风险的最大影响范围识别模型，引入区域生长法建立路段核心区影响范围确定模型；最后，以路段交通量、长度、时间构建交通拥塞路段损伤性评价指数并对交通拥塞程度进行定量化研究，对原有模型、改进模型及实际情况进行对比分析. 结果表明：不同土地利用性质和不同道路等级对路段交通拥塞影响程度不同；改进后的不同“源”风险影响范围识别模型有效性较强，且预测精度提高3.54%，更接近实际情况；考虑区域生长法的路段交通拥塞核心区影响范围准确性更高，与实际情况仅相差2.66%. 综上所述，本研究为城市非点源交通拥塞累积性风险区范围划定和风险关键路径确定提供一种新的思路，对进一步开展不同交通拥塞发生类型的治理提供理论依据.

针对红外弱光环境下铁路异物侵限检测时存在检测精度低、难以实现轻量化实时检测等问题，提出一种注意力增强的轻量化铁路异物检测方法. 首先，采用深度可分离卷积改进Darknet53特征提取网络，轻量化提取红外弱光场景下的铁路异物特征；其次，利用语义引导的红外频谱池化进行特征增强，提升红外图像下采样的特征质量；然后，提出混洗注意力机制（shuffled-convolutional block attention module, shuffled-CBAM），实现对关键红外目标的特征提取与融合，提高网络对红外目标检测的精度；最后，采用无锚框轻量化网络完成铁路异物侵限检测输出，克服锚框检测非极大值抑制操作实时性差的缺点，减小计算量的同时提高检测效率. 实验结果表明：所提轻量化模型具有较高检测精度，同较改进前模型尺寸减小179.01 MB，检测速率提升至39 帧/s，为YOLOv4方法的3.9倍；相较于对比检测方法，本文所提方法能够快速精确地检测出红外铁路异物.

为探究更能反映实际透水能力的排水边界对超采地下水导致的地面沉降问题的影响，首先，通过引入孔压随时间指数衰减的连续排水边界，建立连续排水边界下潜水层水位变化引发的下卧弱透水层一维固结模型；其次，采用分离变量法获得其模型普遍解析解答以及水位瞬时下降和水位单极等速下降2种特殊降水模式的解析解；然后，通过特定条件下解析解的退化初步验证本文解析理论的正确性；最后，以水位单级等速下降为例，利用本文解计算不同界面参数下弱透水层的固结曲线，着重分析界面参数对固结性状的影响. 结果表明：理论计算的沉降曲线与室内试验沉降曲线对比，最大误差为13%，进一步说明连续排水边界更贴合实际透水边界；界面参数越大（排水边界透水性越好），孔压消散速率越快，固结速率越快，越早完成固结，但其并不影响最终固结状态.

在直线位移测量中，基于PCB （printed circuit board）工艺的新型电磁感应式位移传感器因具有较大栅距，在制造、装配等工艺环节易导致短周期误差. 在所导致的短周期误差类型中，1次和4次误差是PCB型电磁感应式直线位移传感器中最常见的短周期误差. 为减小测量过程中产生的1次和4次误差，本文从输出信号出发，针对此2种误差的产生机理开展研究，并提出一种不依赖外部基准的误差自我修正方法. 首先，从理论层面分析短周期1次和4次误差的来源，以及2种误差与传感器原始SIN （sine）和COS （cosine）信号的函数关系；然后，建立基于传感器原始SIN和COS信号特征的短周期误差函数模型，并根据本文传感器样机的实测数据计算出误差函数模型中1次和4次误差的相应参数；最后，将1次和4次误差模型用于传感器样机的误差补偿. 研究结果表明：补偿后的样机实验结果显示误差峰值由51.6 μm减小到36.2 μm，其中，短周期1次误差减小了约64.5%，短周期4次误差减小了约83.0%.

为研究高速电磁阀内部的能量分布及能量参数与动态响应之间的耦合关系，对高速电磁阀性能进行优化. 首先，基于有限元法建立高速电磁阀动态模型，并通过实验数据验证模型的准确性；其次，利用D最优实验设计方法和最小二乘法，构建以能量参数为因素的电磁阀动态响应特性响应面预测模型；最后，使用元效应分析法开展了高速电磁阀动态响应显著能量参数及参数交互作用的仿真分析. 研究结果表明：单参数中涡流能量E₁是影响高速电磁阀开启响应时间T_o的较敏感参数，T_o随着E₁的增加相应地增加了约25%，涡流能量分别与阻尼能量（E₃）和焦耳能量（E₄）之间的交互是影响T_o的高敏感参数，同时涡流能量与焦耳能量之间的交互也是影响关闭响应时间T_c的高敏感参数；交互参数中起主导作用的因素会随取值范围而改变.

城市轨道交通的发展对缓解城市交通拥堵问题有着重要作用，而其再生制动能量利用技术也备受关注. 目前，逆变式再生制动能量利用技术包括回馈电路拓扑结构、车-网电压关系和回馈装置优化；其余再生制动能量利用技术包括超级电容储能、飞轮储能、电池储能在内的各类储能式. 系统而全面地回顾了基于逆变回馈和储能回馈的城市轨道交通再生制动能量利用技术，指出技术发展过程中的特征、趋势以及关键研究问题，包括提升储能密度、系统稳定性与装置寿命，为该领域的进一步探索和商业化发展提供指导. 同时对城市轨道交通再生制动能量利用技术的研究趋势进行分析，未来研究方向可聚焦于系统拓扑优化、储能容量、系统稳定性、使用寿命及技术经济分析等方面.

非饱和地层中的注浆渗透扩散是一个复杂的多物理场过程，为更加精确分析浆液在饱和与非饱和地层中的扩散特性，并估算注浆渗透扩散范围和注浆挤密区域，以混合理论为基础，建立一个非饱和多孔介质中的多物理场耦合模型. 通过ABAQUS二次开发，构建一种新型八节点五自由度四边形轴对称Serendipity单元，实现对注浆过程中土体变形、土体孔隙率、孔隙压力和浆液浓度分布的数值求解，以及对土体饱和度、渗透系数等状态变量的实时更新；结合一个三维轴对称注浆算例，分析浆液水灰比、注浆压力、土体初始干密度以及土体初始含水率对粉砂地层注浆效果的影响，并得到浆液水平和竖向扩散距离随不同因素变化的拟合曲线. 研究结果表明：浆液扩散范围受水灰比影响最显著，受注浆压力影响次之，受含水率和干密度影响最小；浆液扩散范围随水灰比增加而增长，水灰比大于1.0时增长显著；注浆管壁周围会形成挤密区域，浆液扩散区域内土体同时受到注浆压力的挤压和孔隙压力的支撑作用；随着远离注浆管壁，土体孔隙率在挤密区域内逐渐减小，在挤密区域外逐渐恢复，且挤密区域随注浆压力的增加而增大；研究成果可为土体注浆加固范围计算提供理论指导.

高铁列车提速使声屏障动力问题凸显. 以列车高速行驶时引发的直立式声屏障的动力放大系数为研究对象，探究直立式声屏障结构的振动特性及影响参数. 首先，建立高铁桥上直立式声屏障有限元模型，分析其基本动力特性；然后，开展声屏障在400 km/h移动列车脉动风荷载时程作用下的振动规律研究，据此计算声屏障钢结构的动力放大系数；最后，针对声屏障的振动响应和动力放大系数开展多参数分析. 结果表明：车速400 km/h时，5.0 m高声屏障立柱的动力放大系数约为2.76；声屏障安装位置距轨道中心线距离从3.8 m增大到4.7 m，弯矩响应的动力放大系数减小了0.3；2.3、3.3、5.0 m高声屏障立柱弯矩响应的动力放大系数分别为1.64、2.52、2.76，顶部的横向位移由0.45 mm增大至3.80 mm，根部弯矩则分别提高了26.8%和60.8%，增大声屏障高度不利于结构的振动特性.

复杂山区桥址区地形模型过渡段曲线直接影响到风洞试验或数值模拟结果的精确性，为探究桥址区地形模型边界过渡段所采用线型的合理形式，基于设置过渡段的2种思路，提出构造过渡段线型的基本原则；采用数值模拟方式对比研究3类典型过渡段线型在均匀来流流经时沿程气流分离特性、平均风速剖面、风攻角剖面及湍流动能沿程分布；分析过渡段斜率变化对流场的影响规律. 研究结果表明：平方正弦曲线在气流分离特性终同位置最大剪应力差为3.77 × 10⁻³ Pa，风特性过渡性能上同高度最大风速差0.09 m/s，最大湍流动能差1.46 × 10⁻³ J，均优于其他线型，为桥址区地形模型过渡段线型选取提供了重要参考.

为揭示弯曲空间效应对自振频率削弱的影响规律，选取剪力滞效应引起的附加挠度为广义位移，将箱梁翘曲附加变形纳入体系总动能中，运用Hamilton原理，建立考虑剪切、剪力滞及双重效应影响的箱梁弯曲自振频率变分解析解，引入空间效应对自振频率削弱影响的差值比参数，详细分析截面尺寸及边中跨径比对差值比参数的影响. 算例分析表明：考虑剪切和双重效应影响的箱梁自振频率解析解与有限元数值解吻合较好；频率阶数越大，各效应对自振频率的削弱程度越大，其中，双重效应影响最为显著，对一阶频率，双重效应对简支和连续箱梁自振频率分别削弱了4.72%和4.80%；跨宽比、宽高比和边中跨径比越大，自振频率差值比越小；板宽比越大，剪力滞、双重效应自振频率差值比越小，剪切自振频率差值比越大；同一跨宽比时，剪力滞和剪切效应对自振频率的削弱程度相当；不同宽高比下，剪力滞效应对自振频率的削弱程度近乎相同，剪切效应影响较为显著；低阶自振频率计算时可按不带悬臂板的箱梁进行计算.

在京昆高速公路雅安至西昌段泥巴山隧道场地区构造地质测绘中发现了新的地质构造现象，为论证泥巴山断裂带性质和新构造现象的区域地质构造意义，采用石英颗粒形态扫描、地质力学与岩体力学原理和数值模拟分析方法. 首先，阐述泥巴山隧道场地区的工程地质环境和新构造现象；然后，论述泥巴山断裂带边界断层和区域构造的活动性；其次，对新构造现象的区域地质构造意义进行探讨；最后，利用数值模拟分析论证新构造现象的存在性和区域构造新格架证据的合理性. 结果表明：泥巴山断裂带具有明显的新构造活动特征；新构造变形现象所属的泥巴山断裂带与川西“Y”字形活动构造带中的鲜水河活动断裂带有成因上的同根性，是鲜水河断裂带的东南延伸部分；泥巴山断裂带及其东南延伸断裂（峨边—马边—雷波段）与川西“Y”字形活动构造带构成了原生性的类“X”形构造模式，并具有孕育中强震活动的条件.

为研究车载电缆终端应控管热老化条件下的特性及热老化作用下的电缆终端绝缘性能，首先，通过试验研究确定车载电缆终端应控管宏观介电特性及微观老化规律；其次，基于对热老化下应控管材料电导、极化和损耗特性测试进行分析，得到不同老化周期下的介电特性曲线；最后，建立考虑应控管老化特性的车载电缆终端电场有限元模型，并基于热老化下介电参数计算应控管电缆终端电场分布. 研究表明：140 ℃老化条件下电导率上升趋势最为显著，50 kV/m场强下电导率达到最大值1.1 × 10⁻¹⁰ S/m，高温（140 ℃）老化20 d时，相对介电常数达到最小值14.00，此外，热解反应过程中聚合物长链折叠、断裂等陷阱阻碍作用增强，介质损耗有所增大；在应控管官能团特性及微观形貌上，热老化导致应控管材料烯烃类聚合物发生热解聚反应，形成化学立体缺陷，且加剧应控管试样表面聚合物球晶的裂解以及无机氧化产物的生成，试样表面理化特性发生变化. 仿真发现，在热老化条件下电缆终端内部电场畸变区域呈现扩大的趋势，电场畸变区域沿应控管向终端高压方向不断爬伸，最终稳定在乙丙橡胶主绝缘层与应控管的交界处.

为消除牵引供电系统穿越功率的影响，同时兼顾再生制动能量利用，提出一种穿越功率治理的新方法. 首先，结合贯通供电系统结构推导不同工况下的功率潮流，分析穿越功率检测方法；其次，在单相组合式同相牵引变电所的基础上，设置功率转移与能量储存单元，分析改进后系统的工作机制；然后，通过功率分配与负序满意补偿的上层控制策略和变流器控制的底层控制策略相结合，提出穿越功率治理协同控制策略；最后，以某线路试验数据为例计算穿越功率大小，评估治理措施的经济性，同时通过仿真验证所提方案的正确性和有效性. 研究结果表明：本文所提出的系统及其控制策略能够有效消纳穿越功率和再生制动能量，在考虑牵引变电所和牵引网损耗的情况下，功率转移与能量储存单元的穿越功率利用率在70%以上，具有良好的经济性和可行性.

为解决输电角钢塔大荷载作用下的地螺连接问题，提出一种内嵌式十二地螺节点结构. 基于刚度差异演化的塑性屈服线理论，考虑地螺位置、地螺与塔脚板刚度差异的影响，推导出上拔荷载作用下内嵌地螺与外地螺内力不均匀计算的理论公式；然后，结合24组精细化数值分析，研究不同地螺直径、地螺间距和塔脚板厚度对内、外地螺上拔内力差异的影响，并对其刚度差异修正系数进行标定；最后，通过72组数值试验验证理论公式的合理性. 研究结论表明：内嵌式十二地螺结构较传统八地螺结构可以提高节点上拔承载力40%～50%；当内地螺布置在外地螺正交线上时，内、外地螺在上拔荷载作用下的内力不均匀分布系数约为1.1，且不随地螺直径和塔脚板厚度变化；当内地螺沿着对角线靠近外地螺时，内地螺内力的不均匀分布系数减小，但当塔脚板厚度增大时，不均匀分布系数会增大；考虑刚度差异演化的塔脚板塑性屈服线理论的计算结果与数值模拟结果相比，理论不均匀分布系数与数值不均匀分布系数比值的均值为1.01，变异系数为0.03.

为保证复杂空间网格结构的施工安全性，对其进行施工过程优化分析与监测研究. 以某大矢跨比单层开口球面网壳结构为例，对该复杂异形结构进行施工全过程的有限元模拟，通过变化支座边界条件、肋杆轴线形状和临时支撑胎架支承方式建立不同的有限元分析模型，探讨其关键构件应力与结构位移的变化情况，以对施工过程进行优化分析；在此基础上，采用有临时支撑胎架的弧形杆模型作为最终计算模型进行施工模拟，并将卸载前后的计算结果与现场监测数据进行对比分析，以验证施工过程模拟结果的准确性；进一步对临时支撑胎架的失效敏感性进行研究，以避免出现结构安全问题. 结果表明：有限元分析模型与实际结构较为相符，卸载前后各测点的应力变化较小，最大拉、压应力变化量分别为10.61 MPa和−5.67 MPa，该大矢跨比异形球面网壳结构在施工过程中处于可控状态；某一支撑胎架失效对其周边相邻区域的杆件应力、结构位移有较大影响，其中杆件应力最大变化为28.00 MPa，竖向位移最大变化为13 mm，因此，施工过程中应确保支撑胎架的可靠性.