高速铁路无砟轨道疲劳检算轮载的动力学分析

应用列车-线路耦合动力学理论及仿真软件,分析了高速运营线路轮轨系统动力学响应并与实测结果进行了验证.在此基础上,采用我国典型高速车辆及无砟轨道结构,系统分析了高速铁路无砟轨道不平顺谱对轮轨动作用力大小及统计特性的影响规律.结果表明,列车-线路耦合动力学方法可以比较准确地模拟高速行车条件下轮轨动力相互作用,取百分位数75的无砟轨道谱作为激励输入可用于评估轮轨系统动力相互作用及高速行车安全性和舒适性,高速铁路无砟轨道结构的疲劳检算取为静轮重的1.5倍是合理的.     

基于累积变形演化状态控制的高速铁路基床结构设计计算方法

实现长期循环荷载作用下基床结构累积变形有效控制是建造高速铁路的技术难点之一.基于高速铁路无砟与有砟轨道路基承受列车动荷载特征,提出和完善了用于基床结构设计的荷载作用模式;根据循环荷载作用下土工填料累积变形演化状态的分类及阈值判别准则,结合室内单元结构填土模型试验,获得了级配碎石基床填料变形状态演化的阈值参数.以设计荷载条件和填料设计参数为基础,针对无砟与有砟轨道对基床变形状态控制的不同要求,采用结构分析原理,构建了基于累积变形演化状态控制的高速铁路基床结构设计计算方法,确定了无砟与有砟轨道基床结构累积变形分别满足快速稳定和缓慢稳定的状态控制要求,以地基系数K30值表征的关键参数指标.研究成果为实现高速铁路基床结构由构造设计向状态控制定值分析转变奠定了基础.     

一种高速铁路无砟轨道混凝土结构疲劳损伤模型

基于连续损伤力学理论和边界面概念,建立了高速铁路无砟轨道混凝土结构在循环荷载作用下的疲劳损伤模型.模型在主坐标系中采用了拉压两个边界面,根据加载面与极限断裂面、边界面之间的位置关系来计算高速铁路无砟轨道混凝土结构在复杂应力状态下的损伤,并由累积损伤与应变能释放率之间的关系确定循环加载中极限断裂面的变化规律.通过将该理论模型嵌入有限元软件ABAQUS的用户材料子程序UMAT,与同类模型进行比较验证了模型的可行性.最后对高速铁路双块式无砟轨道支承层进行了循环动荷载作用下的疲劳累积损伤分析.结果表明该模型不仅能够较好地反映支承层在循环荷载作用下疲劳损伤非线性演变规律,还可以展现其疲劳损伤分布形态的全过程,为研究高速铁路无砟轨道混凝土结构的疲劳损伤与寿命预测,提供了可行的理论分析方法.     

高速铁路轨面粗糙度测量方法与分析

分别采用间接法和直接法对高速铁路无砟轨道钢轨表面粗糙度进行了测量和分析.轨面粗糙度的间接测量法采用现场实测的钢轨加速度、钢轨振动纵向衰减率,并结合轮轨动力学计算得到的粗糙度-钢轨垂向加速度传递函数,推导得出轨面粗糙度1/3倍频程谱.轨面粗糙度直接测量法采用钢轨表面粗糙度仪对高速铁路钢轨表面进行直接检测,并对实测数据进行趋势项去除、异常值去除与时间-频率变换后得到轨面粗糙度1/3倍频程谱.将两种方法所测粗糙度频谱与欧洲粗糙度限值谱进行对比,结果表明:两种粗糙度测量方法均可得到较为可靠的结果,所测高速铁路轨面粗糙度在0.05 m以上波长范围小于国外限值,而0.05 m以下波长范围大于国外限值,应予以控制.     

地面城市轨道交通环境振动源的反演

地面城轨列车运行引起周边场地环境振动．针对振动源难以直接量测的困境，本文借助工程地震学的反演方法研究轮一轨不平顺的动力激励源．将地表振动的列车．轨道一三维场地耦合动力分析与遗传算法结合，通过待反演量解空间的设置、反演问题目标函数的建立、反问题求解的遗传策略设计等步骤构建了轮一轨不平顺振源函数和轨道结构参数的联合反演方案．依据实际观测数据反演了北京城轨13号线的激励功率谱，结果显示：振源函数在1．2m以上的波长范围反映了轨道不平顺性，在1．2m以下的波长范围表达了车轮的几何与弹性不圆顺．本文强调指出，城轨车速较低，这个短波长段恰恰对应环境振动的主要频带．以轨道谱表达轨道交通环境振动源，1．2m以下短波长的不平顺会被低估，严重影响环境振动主要频率成分的估计．相对轨道谱只反映轨道的平顺状况，轮．轨谱既反映轨道不平顺因素，又包含车轮不圆顺状况，更适合作为城轨交通的振源函数．同时也表明，用地表振动实测数据反演振动源，是定量揭示轮．轨组合不平顺的有效途径．     

双块式无砟轨道温度场试验研究和数值分析

为较准确掌握无砟轨道温度场的分布规律,建立无砟轨道温度与环境温度的对应关系,为温度应力的计算和无砟轨道设计提供基础参数,本文测试了双块式无砟轨道不同部件、不同位置的温度和环境温度变化情况,建立有限元模型对无砟轨道温度场进行了数值模拟和对比.实测数据及数值模拟的结果均表明:道床板温度随外界气温呈以日为周期的周期性变化,秋季平均每天的升温时间约为8 h,降温约16 h;由于热交换条件的差异,距轨道表面越远,轨道温度受环境气温的影响越小,道床板角部的温度变化幅度大于中部,支撑层与基床表层的温度变化幅度很小;道床板内存在较大的温度梯度,随着距表面距离的增大,温度梯度逐渐减小,至支撑层时温度梯度可忽略不计;采用有限元模拟的方法获取无砟轨道温度随气温变化规律是可行的.     

温度梯度荷载作用下CRTS Ⅱ型板式无砟轨道砂浆层界面损伤分析

温度荷载引起的轨道板与砂浆层之间界面的损伤影响轨道结构的传力与受力特性,是服役期内高速铁路无砟轨道需要重点关注的问题.建立CRTS Ⅱ型板式无砟轨道有限元模型,采用内聚力模型模拟分析了极端温度梯度荷载作用下砂浆层界面的损伤行为,以及温度梯度荷载循环作用下不同黏结状态界面的累积损伤特性.结果表明:在极端温度梯度荷载作用下,沿轨道板边缘出现环状的界面损伤区域,边角处产生离缝,损伤发生后界面内应力重新分布,在边缘附近形成应力集中带.在温度梯度荷载循环作用下,黏结性能良好界面的损伤区域较小,损伤区随循环作用次数的增加没有明显扩展;对于黏结性能不良的界面,其损伤区域和离缝面积均随循环作用次数增大而加快发展,离缝区越靠近轨道板中心,界面损伤发展速率越大.     

高速铁路路桥过渡段不均匀沉降与钢轨变形的映射关系及动力学应用

路桥过渡段不均匀沉降对高速车辆的行车安全性及舒适度影响较大.本文研究了路桥过渡段不均匀沉降与钢轨变形的映射关系,并将其应用于分析高速动车通过该区域时的动力学特性.首先,分析了路桥过渡段不均匀沉降引起钢轨变形的机理.然后,建立了铺设有CRTS-Ⅲ型板式轨道的路桥过渡段有限元模型,通过大量计算,分析了高速铁路路桥过渡段不均匀沉降与钢轨变形的映射关系.在此基础上,基于最小二乘多项式拟合原理,得到该映射关系的函数表达.最后,基于车辆-轨道耦合动力学理论,分析了高速动车以不同方向通过路桥过渡段的动力学性能.研究结果表明:路桥过渡段发生不均匀沉降后的钢轨变形可通过函数式进行描述.轮轨垂向力随着过渡段不均匀沉降差的增加变化不明显,车体垂向加速度随着过渡段沉降差的增加而增大.动力学分析结果可为高速铁路路桥过渡段的施工与养护维修提供技术参考.     

高速铁路简支梁徐变上拱引起的高低不平顺变化规律及其对行车动力性能的影响

由于桥梁徐变上拱,我国高速铁路连续多等跨简支梁出现了周期性高低不平顺问题.本文通过对简支梁徐变上拱成因及其引起的轨面高低不平顺变化规律分析,发现在开通运营后的前两年桥上高低不平顺幅值年均变化量较大,后期逐渐缩小;通过列车桥梁相互作用动力分析,得出高速列车在允许运营速度及其以下通过桥梁时,桥梁徐变上拱引起的周期性高低不平顺产生的列车动力响应均在安全标准范围以内.通过对沪宁高铁多跨简支梁桥轨面高低不平顺整治的效果来看,本文提出的桥上周期性高低不平顺整治措施能够可靠、有效地降低高低不平顺幅值,提高轨道平顺性,进一步保证旅客的舒适性.     

一种计算圆形限制性三体问题周期轨道的新方法

周期轨道是理解圆形限制性三体问题动力系统的关键，在深空探测实践中具有重要的应用价值，现有的周期轨道计算方法通常需要以高阶近似解析解作为迭代初值，计算过程复杂且能得到的周期轨道种类较少．本文利用圆形限制性三体问题的对称性，通过构造相空间内的一类流函数，将位于对称平面上的状态再次映射到该对称面上，得到了计算周期轨道的构造流函数方法，该方法不需要以近似解析解作为迭代初值，也不需要计算状态转移矩阵，从而便于编程实现，其优点是不受圆形限制性三体问题非线性的影响，并可以系统地计算一大类具有x-z平面对称性的周期轨道．作为箅例，在平面情况下计算了Lyapunov轨道等周期轨道，并进一步将构造流函数方法与微分校正方法结合，设计了能在不同共振频率上跳转的共振引力加速轨道，最后，在三维空间情况下计算了晕轨道和多种三维周期轨道，证明了该方法的有效性．     

高速铁路钢轨焊接区不平顺的动力效应及其安全限值研究

应用车辆–轨道耦合动力学理论及其仿真分析软件TTISIM,研究了钢轨焊接区低塌不平顺对轮轨动力响应的影响特征,分析了高速行车条件下典型焊接区低塌不平顺波长和幅值对轮轨动力响应的影响规律,在此基础上,提出了高速铁路钢轨焊接区不平顺幅值的安全限值.分析结果表明:钢轨焊接区不平顺会导致明显的轮轨冲击效应,且该冲击作用由短波不平顺所控制;高速行车条件下,轮轨动力响应随着焊接区不平顺波长的增大而减小,随行车速度和不平顺幅值的增大而增大,其中,轮重减载率指标受不平顺波长和幅值的影响更为显著,为钢轨焊接区不平顺作用下行车安全性的首要控制指标;高速行车条件下,钢轨焊接区不平顺幅值的安全限值随行车速度的增大而减小,随不平顺波长的增大而增大,叠合形不平顺幅值的安全限值受短波不平顺(波长小于0.2 m)波长和幅值的影响较大;在200~250 km/h行车速度等级,1 m直尺测量矢度条件下,余弦形低塌不平顺幅值的安全限值为0.82 mm,叠合形低塌不平顺在1 m长波幅值为其作业验收限值0.3 mm时,其短波不平顺幅值的最大安全限值为0.2 mm,叠合形不平顺幅值总的安全限值最大为0.5 mm;在250~350 km/h行车速度等级,1 m直尺测量矢度条件下,余弦形低塌不平顺幅值的安全限值为0.62 mm,叠合形低塌不平顺在1 m长波幅值为其作业验收限值0.2 mm时,其短波不平顺幅值的最大安全限值为0.14 mm,钢轨焊接区叠合形低塌不平顺幅值总的安全限值最大为0.34 mm.研究结果可为高速铁路钢轨顶面焊接区不平顺的养护维修管理提供理论参考.     

CRTSⅡ型水泥乳化沥青砂浆静态力学性能发展的微观分析

测试了沪昆高铁江西段现场成型CRTS II型CA砂浆长期力学性能的发展变化,并通过沥青抽滤,水泥热重分析,压汞法和核磁共振等试验方法分析了沥青组分、砂浆内部微观孔隙结构变化,水泥水化程度对砂浆长期力学性能的影响.结果发现:砂浆28 d抗压强度与弹性模量均达到了规范要求,随着龄期延长,砂浆力学性能持续升高,但42 d以后砂浆力学性能增长放缓,水泥的持续水化使得砂浆内部孔隙不断细化,强度上升;养护7 d后,砂浆内沥青含量已经固定,成膜固化过程完成.     

压缩感知非凸优化超宽带信道估计方法研究

超宽带信号由于传输路径较复杂且功率谱密度较低，准确的信道估计十分重要．但是由于其带宽较宽，难以直接采样．压缩感知理论提供了一种可行的低速采样方法．目前的压缩感知超宽带信道估计方法一般采用l1范数约束的凸优化形式或无稀疏性的l2范数约束形式，对目标向量的稀疏性约束不强，而拥有最强稀疏性的l0范数又缺少有效的重构算法．针对上述问题，本文设计一种基于非凸优化算法的压缩感知超宽带信道估计方法．首先将目标函数设置成l，范数约束的非凸优化形式，然后利用凸函数较易求得极值的性质，将原非凸函数组合成为凸函数形式的目标函数，并通过每步迭代凸函数对非凸函数的逼近来求解目标函数，进而估计出原信道．由于lp范数更接近于l0范数，所以对目标向量稀疏性的约束更强．实验结果表明，所提方法相对于现有的压缩感知超宽带信道估计方法能够有效降低重构误差．     

互耦条件下双基地MIMO雷达的收发角度估计

阵元互耦的存在会使双基地MIMO雷达多目标定位算法的性能恶化．利用发射和接收互耦矩阵的带状、对称Toeplitz性质，提出了一种基于ESPRIT的双基地MIMO雷达收发角度算法，并针对现有参数配对算法中存在参量兼并的问题，给出了一种改进的自动配对算法．仿真结果表明：在存有相同发射角／接收角时，本文算法仍能有效实现多目标定位，无需进行谱峰搜索和额外的目标配对；本文算法对互耦系数自由度和扰动误差的稳健性优于MUSIC-like算法，并且具有更高的估计精度．此外，还推导了确定信号模型下收发角和互耦系数的CRB（Cramer—Raobound）．     

基于高斯法的自由衰减振动频率和阻尼比校正

提出一种对自由衰减振动信号的频率进行校正的方法。该方法先搜索信号频谱的峰值，利用峰值和其临近的极大的四个点来逼近由这四个点形成的谱线，求出拟合曲线的参教；再对拟合曲线求导，找出具体的峰值，同时利用两次拟合得到的曲线峰值计算阻尼比。仿真分析及工程试验结果都表明，该方法可以有效提高检测精度，而且计算量相对较小。     

基于GSFLA的电力系统谐波估计算法

针对非线性动态负载引起的谐波难于检测的问题，提出了一种新的谐波估计算法。该算法借助蛙跳算法（SFLA）的全局搜索性对未知参数进行优化估计；引入高斯分布估计算法（GEDA）的思想，对蛙群中适应度好的蛙进行分布估计再生，提高收敛速度；结合进化代数改进蛙跳规则以改善局部搜索性能。实验仿真数据显示，与PSO算法相比，振幅平均估计精度提高了5．3％，相角平均估计精度提高了4．7°。研究表明，该算法（GSFLA）用于电力系统的谐波估计有更快的收敛速度和估计精度。     

一种对程序故障行为和失效行为的聚类有效性验证方法

分析软件自身故障在软件运行过程中的行为规律是分析＂故障—错误—失效＂链式效应的基础.但在研究软件故障行为特征时面临的关键问题是故障行为集合的庞大与复杂.因此,如何约简故障行为集合是研究故障行为规律的基本前提.＂当两个程序具有相似的基本属性时,其故障行为和失效行为也具有相似性＂这一推断为约简故障集提供了良好的依据,但尚未得到验证.本文核心工作即验证该推断的正确性.为此,首先提出一种针对程序基准行为、故障行为和失效行为的表征方法;其次提出一种考虑最佳聚类数的程序行为聚类方法;最后设计一组基于故障注入的程序行为聚类实验,用以验证前述推断的正确性.其中,实验分别以计算密集型程序（SPEC CPU2000和SPEC CPU2006基准程序）和I/O密集型程序（IOZONE、DEBENCH等）作为目标程序集.实验结果表明,（1）程序行为的表征方法和聚类方法具有合理性和有效性;（2）以程序基准行为聚类结果为依据的故障行为和失效行为的聚类质量良好,以此验证了推断的正确性.     

轨道不平顺条件下板式轨道动力分析

国内外对于有碴轨道的动力学研究已比较成熟，己经步入轮轨相互作用的系统动力学研究阶段。无碴轨道结构作为近几年发展起来的新型轨道结构，对于它的设计和研究仍限于静力学分析和一些简化的动力学分析，对于无碴轨道和高速车辆的系统动力学研究还比较少，本文运用通用有限元计算软件ANSYS，建立土质路基板式轨道系统非线性力学模型并施加列车移动载荷，分析在不同波深轨道竖向谐波不平顺工况下，板式轨道各部分，轨道板、CA砂浆、混凝土基座及基床的竖向沉降、竖向振动加速度及横向、纵向与竖向的三向应力状况及时程曲线。     

基于FPGA的直接数字频率合成器设计与仿真

在研究传统频率合成器理论的基础上,提出了一种改进的直接数字频率合成器DDS(Direct Digital Frequency Synthesizer,简称DDS);研究了使用FPGA Statix Ⅱ系列芯片,实现32位DDS的设计方法;给出了1/4查找表压缩;采用了注入相位抖动等优化方法;并且分析了DDS输出频谱杂散的误差来源。实验结果表明,改进后的DDS在产生高精度正弦波的同时,其无杂散动态范围可以改善9个dB,达到90dB。     

基于周期FRFT的LFMCW信号检测与参数估计

线性调频连续波(LFMCW)含有多个线性调频信号分量,具有低截获概率特性,雷达情报侦察系统对此类信号的检测与参数估计十分困难.针对这个问题,首先分析了LFMCW的分数阶Fourier变换(FRFT),通过对FRFT核函数的周期调制,定义了周期分数阶Fourier变换(PFRFT),推导了PFRFT和FRFT的关系.然后分析了LFMCW的PFRFT,提出了一种基于PFRFT的未知LFMCW检测和参数估计方法,并对其检测和估计性能进行了理论分析.最后仿真验证了该方法的有效性和合理性.相比FRFT,PFRFT通过对LFMCW的周期性积累提高了信噪比,适合处理具有周期调制的类似LFMCW信号.