高速铁路路基压实参数对振动波演化特征的影响研究

以京雄城际铁路固安东站路基段为试验区段,从时域、频域、时频域和能量域四个方面研究不同压实参数下振动波的演化特征,结果表明:在路基压实过程中,随着压路机行驶速度的增加,路基填料加速度峰值减小,振动轮加速度峰值增大,两者加速度衰减率逐渐增大。随着压实遍数的增加,振动波在填料中沿水平方向传播的加速度峰值衰减率逐渐降低。振动波自振动轮至填料传播过程中,基波、一次谐波到五次谐波幅值呈指数分布,且有严格的指数函数相关性;对振动信号进行Hilbert-Huang变换,随着压实遍数的增加,振动轮和填料中振动波的能量峰值逐渐增加;随着振动压路机行驶速度的增加,振动轮和填料中振动波的能量峰值逐渐降低。     

南昌地铁4号线列车运行对南昌西站站房结构的振动影响

对南昌西站综合交通枢纽进行模型仿真,从时域和频域的角度分析南昌地铁4号线对该站的振动影响。研究南昌地铁4号线在不同行驶速度、不同隧道埋深下的振动传播规律及频率分布特点。研究结果表明,在地铁列车荷载作用下,南昌西站的振动幅值随着振源距离增大而减小,在地面距离轨道中心线24~36 m、60~72 m的区域出现振动放大区。车站不同结构层的振动频率分布特性基本一致,主要集中在0~60 Hz范围内。车站结构横向环境振动水平比竖向环境振动小,竖向振动响应与横向、纵向的振动响应频域分布较为一致。车站结构关键点出现最大振级的频率随着结构高度的增大逐渐向低频移动。     

轮对提吊异常振动分析及改进

针对某地铁车辆的轮对提吊在运用中出现异常振动,且出现个别断裂的问题,对该线路车辆进行振动测试,采用时域、频域和时-频-能量振动信号分析方法,结合有限元模态仿真对异常振动进行原因分析,结果表明,轮对提吊的一阶弯曲频率在300Hz左右,线路存在多处较为严重的波磨,波磨主频主要集中在290～400Hz,波磨振动能量大且部分频率与轮对提吊固有频率接近,导致轮对提吊振动非常大,因此,线路波磨是造成异常振动的原因。以线路试验实测谱作为激励,利用nCode疲劳软件对比分析3种方案的疲劳寿命,结果表明,单纯改变结构对寿命难有质的提升,采用碳纤维新材料能达到无限寿命的设计要求。     

路基振动压实过程中振动波传播规律北大核心

通过有限元软件建立考虑阻尼比、弹塑性本构关系的振动压路机-填料耦合数值仿真模型,得到振动压实过程中振动压路机及填料动力响应曲线,探究振动压实过程中振动波垂直及水平方向传播规律,提出了基于振动波的填料压实质量综合判别方法。结果表明:结合现场实测振动压路机及填料动力响应曲线,振动压路机-填料耦合模型能够较好地模拟填料振动压实过程;在垂直方向,加速度幅值的衰减呈现先快后慢的趋势,且在填料深度为0.5 m时衰减率达60%,路基深度为1.5 m时衰减率达90%;在填料表层水平方向,已压实土体与虚铺土体距压实作用点分别为0.8、0.5 m处,峰值衰减率均达90%;提出了基于振动波传播衰减率降低、动响应幅值增加与归一化动响应滞回圈的椭圆率增加的填料压实质量综合直接判别方法。     

轨面不平顺对高架支承块轨道结构振动特性影响试验研究

针对轨面不平顺对高架支承块轨道结构振动特性的影响进行现场试验,分别从时域和频域对比分析不同轨面不平顺状态下轨道结构的振动响应,重点考虑10～1 000 Hz频率范围内的振动.分析结果表明:轮轨冲击力和轨道结构振动加速度幅值随轨面不平顺幅值的增加而增大,同时也受到轨面不平顺类型和波长分布的影响;轨面不平顺引起的钢轨振动频率主要分布在50～1 000 Hz的范围内,承轨台、桥面板垂向振动频率分布在40～200 Hz的范围内,轨面不平顺的波长分布是影响轨道结构振动频率分布特性的主要因素之一;降低谐波型轨面不平顺幅值0.2mm,可以减小钢轨垂向振动水平14.1dB.建议将轨面不平顺谱加入轨道质量的评价指标中.     

高速铁路钢轨波磨地段轴箱振动加速度时频特征分析

钢轨波磨是一种常见的高速铁路轨道病害。为了研究钢轨波磨参数与轴箱加速度响应时频特征之间的对应关系,从理论上探索通过轴箱振动加速度识别钢轨波磨的可行性,基于车辆-轨道耦合动力学理论建立了考虑车辆主要部件柔性化的刚柔耦合动力学模型。通过与实测数据的对比,验证了模型的准确性;在研究了钢轨波磨参数与轴箱振动加速度时域信号之间因应关系的基础上提出了一种基于VMD-SPWVD的钢轨波磨时频分析方法,并验证了该方法的有效性。研究结果表明,钢轨波磨会对轴箱振动加速度信号产生较大影响;不同波深和波长下的轴箱振动加速度最大值在时域信号中的位置具有随机性;钢轨波磨参数与轴箱振动加速度均方根之间的规律性较为明显,但其作为一种时域指标无法准确定位波磨区段的位置和严重程度;相较于时域分析方法,本文提出的基于VMD-SPWVD的时频分析方法能有效反映钢轨波磨参数与轴箱振动加速度之间的因应关系,时频分析结果能准确得到钢轨波磨的特征频率且不存在干扰成分,能量幅值与钢轨波磨波深之间呈正相关,该方法可以定位波磨存在的区段并能够体现同一区段不同位置波磨的严重程度。最后采用该方法对实测数据进行分析,进一步验证了本文所述方法通过...     

基于HHT方法对隧道施工爆破振动信号的分析

利用HHT分析法处理输气管道爆破施工传播到大秦线重载铁路路基的爆破振动信号,获得频域和能量方面的信息,得到了信号Hilbert谱、Hilbert能量谱、瞬时能量,从频率和能量方面分析了爆破振动信号的时频特征,并验证了HHT分析法在处理爆破振动信号中的可靠性和高效性。结果表明:爆破施工对大秦线重载铁路路基安全没有影响。从c2分量瞬时包络曲线中找到了各个段次雷管之间的延时时间,可为之后的爆破设计优化提供参考。     

基于一维深度卷积生成对抗网络的钢轨波磨识别方法

实际工程中钢轨波磨数据难以大量获取,无法构建庞大数据集进行智能诊断模型训练。针对这一问题,本文提出了一种基于一维深度卷积生成对抗网络的钢轨波磨识别方法。首先使用一维生成对抗网络生成与实际波磨振动信号结构相同的伪样本,对样本信号的数据集进行扩充;然后提取波磨振动信号的时域统计指标作为波磨数据的特征;最后使用分类算法对不同特征的波磨振动数据进行学习与分类。使用实测钢轨波磨振动数据进行试验验证,结果表明：利用本文方法所生成的伪样本数据,在时域、频域以及时域特征指标方面均与真实样本数据基本一致;使用KNN、SVM和DT三种分类模型对波磨数据的特征进行分类和对比,均可较好地进行波磨识别。     

基于柔性轮轨模型的车轮谐波磨耗对高速轮轨系统振动影响的仿真研究

采用ANSYS有限元软件结合SIMPACK动力学软件建立基于Timoshenko梁的柔性轨和柔性轮模型的车辆—轨道耦合动力学模型,以典型的高阶车轮谐波磨耗(阶次为18~21阶,幅值为0.01~0.04mm)激扰作为系统的输入激励,对比分析在柔性轮柔性轨模型与刚性轮轨、柔性轮刚性轨和柔性轨刚性轮模型下高阶车轮谐波磨耗对高速轮轨系统振动响应的影响。结果表明:当车轮谐波磨耗激扰激发轮对固有模态引起共振时,基于柔性体模型计算出的振动响应幅值大于基于刚性体模型计算的结果,而当激扰频率远离共振模态频率时,基于刚性体模型计算的振动幅值大于基于柔性体模型计算的结果;总体上,轮轨垂向力、钢轨及轴箱振动加速度随着车轮谐波磨耗幅值、阶次及列车运行速度的增大而增大;在车辆速度300km·h-1、车轮多边形阶次为20时,车轮多边形幅值0.04mm激起的钢轨及轴箱振动加速度峰值约为幅值0.01mm下的2.5倍;当车轮多边形幅值固定、阶次由18阶增至21阶时,激起的钢轨振动加速度仅增大约1.6倍、轴箱振动加速度级增大约5.7dB,相较于多边形幅值而言,多边形阶次对轮轨系统振动响应的影响较小。     

地铁列车引起与地铁合建建筑结构环境振动特性现场测试分析

对地铁列车引起与地铁合建建筑结构环境振动响应进行现场测试,从时域和频域角度分析地铁列车引起合建建筑结构环境振动特性。分析地铁列车引起地铁合建建筑结构环境振动传播规律及频率分布特点,结合振动控制标准对环境振动进行了评价。研究结果表明,在地铁列车荷载作用下,合建建筑结构的振动幅值随距振源距离增大而减小;合建建筑结构上部结构的振动频率分布特性基本上与地铁线路结构一致,主要集中在20~80 Hz范围内;合建建筑结构横向环境振动水平比垂向环境振动小,振动响应幅值约为垂向的0.8倍,但两者处于同一水平,甚至在部分频率范围内比垂向速度振动水平高。     

混凝土排桩主动隔振研究

为研究混凝土排桩桩长、埋深和桩间距对主动隔振的影响,以振幅降低比作为评价指标,将振幅降低比小于0.5的区域定义为有效隔振区域,进行混凝土排桩室外试验。基于本文试验条件,详细分析上述因素对隔振区域的影响。研究结果表明:各因素对隔振区域均有影响。桩长与瑞利波波长的比值越大有效隔振区域越大,但比值为0.5之后,再增加比值有效隔振区域增幅不大,当比值为0.76时,可以获得比较大的有效隔振区域。埋深与瑞利波波长的比值越大有效隔振区域越小,当比值为0.32后,不存在有效隔振区域,较小的埋深可以取得很好的有效隔振区域。桩间距与瑞利波波长的比值越小有效隔振区域越大,当比值为0.27时,有效隔振区域已经很小。     

基于正序基波提取器的无功、谐波和负序电流检测方法

有源滤波器能否按其工作原理实现预期的谐波抑制效果，在很大程度上还有赖于对电网中无功、谐波和负序电流快速而准确的检测。通过对幅值积分信号所具有的选频特性进行分析，研究了一种正序基波提取器，在此基础上提出了一种新型的无功、谐波和负序电流检测方法。基于正序基波提取器的检测方法既不需要锁相环、低通滤波器，也不需要将α-β坐标系变换到d-q坐标系及其反变换的计算。仿真与实验结果均证明采用该检测方法的有源滤波器具有良好的补偿性能。     

缓和曲线段地铁运行引起地表振动的实测结果及其传播规律分析

对上海轨道交通9号线某区间缓和曲线段地铁运行引起的地表振动进行了现场测试,并对实测的地表振动加速度进行了时域、频域及1/3倍频程分析。结果表明:在缓和曲线段,地铁列车行驶引起的地表横向加速度有效值是竖向加速度有效值的0.9~3.1倍;地表加速度频率分布在30~120 Hz,其中最显著的频率为30~50 Hz;加速度振级随着与隧道中心线水平距离的增加呈减小趋势,且在距离隧道中心线5 m、30 m时出现放大区;地表土体振动加速度幅值、频谱峰值随着地铁列车速度增大基本呈增大趋势。     

基于半解析有限元法的钢轨导波适用模态研究

研究目的:为选择出适用于钢轨导波无损检测的优势模态,采用半解析有限元法并基于哈密顿原理建立钢轨导波传播的控制方程,求解0~100 k Hz频率范围内的钢轨导波频散特性曲线。通过建立有限元模型对钢轨低频范围内的振动模态进行分析,验证半解析有限元法的准确性。在此基础上,提出将有限元法与半解析有限元法相结合的方法,用以分类并追踪钢轨理想导波模态,并根据相应的振型对理想模态导波进行激励和验证。研究结论:(1)随着频率的增大,钢轨导波振动模态数目迅速增加,但频散效应呈减小趋势;(2)对于钢轨基本振动模态,其横截面变形由整体变形逐渐演化为局部变形,其中扭转振动模态适用于轨腰检测,横向弯曲振动模态及竖向弯曲振动模态适用于轨底缺陷的检测;(3)在理想导波模态最大变形位置处施加激励荷载可以成功地激励出理想的导波;(4)本研究结果可为导波传感器设计与优化以及检测试验提供理论参考。     

隧道爆破振速小波包及数值模拟对比分析

以某浅埋隧道为背景,对隧道开挖的爆破效应进行了数值模拟,获得各测点峰值振速;并应用小波包理论对实测峰值振速进行分析,得到了峰值振速预报值。对比实测振速峰值,发现影响爆破振速模拟值准确性的关键是振动荷载的计算,且数值模拟值偏大。小波包分析是建立在对原始爆破信号分析基础上的,其预报值较为精确,是比较理想的方法。     

空间耦合振动下车轮谐波磨耗对车辆运行安全的影响

车轮谐波磨耗造成的轮轨间高频接触振动和冲击,是高速列车运行不可忽略的问题,会对列车运行安全性造成重大影响。阐述了车轮谐波磨耗形式,建立了包含柔性钢轨及路基的列车-轨道-路基耦合系统动力学仿真模型。根据实测统计数据中最常见的1阶、6阶和11阶谐波磨耗、波深为0.1 mm和0.3 mm的6种典型谐波磨耗进行了轮轨横向振动加速度分析,并研究了轮重减载率、脱轨系数和轮轨横向力3个安全性指标。依托相应铁路行业标准对研究结果进行对比,结果表明:最大轮轨横向振动加速度在6阶0.3 mm和11阶0.3 mm时达到峰值;最大轮轨横向力在6阶0.3 mm和11阶0.3 mm时接近国标限定值;最大轮重减载率在6阶0.3 mm和11阶0.3 mm时超过安全限值;最大脱轨系数在不同形态谐波磨耗下均在安全限度范围内,不会发生脱轨现象。     

轮轨系统高频振动研究

通过建立轮轨系统高频振动模型,分析轮轨相互作用关系,给出车轮及钢轨的高频振动功率谱计算式,并且推导了车轮、钢轨阻抗特性,计算因轮轨表面粗糙度而引起的轮轨高频振动响应。表明大约在1300Hz以下频段,主要以钢轨振动为主,而在1300Hz以上频段,车轮振动占主导地位。     

电气化铁道牵引供电系统加窗插值法的谐波分析

传统电气化铁道牵引供电系统的谐波分析方法受频谱泄漏和栅栏效应的影响,不能准确地得到谐波相关参数。为此,提出一种采用加六项优化余弦组合自卷积窗和四谱线插值结合的新算法对谐波进行分析。首先采用复调制细化法分析信号中基波频率附近的谐波成份,剩余信号加窗处理,利用离散傅里叶变换找出谐波频点附近相应离散频谱的4根峰值谱线,利用插值算法对电气化铁道牵引供电系统中谐波相关参数频率、幅值及相位进行加权修正并推导出计算公式,从而进一步提高分析结果的准确性。