基于Hertz接触理论的法向接触刚度计算方法

轮轨之间的弹性接触变形是车辆-轨道耦合动力学中计算轮轨力的核心,以基于Hertz接触理论的非线性接触刚度来描述轮轨之间的压缩量与轮轨法向力之间的关系. 目前的轮轨Hertz接触刚度计算公式为经验公式,来源于20世纪70年代英国铁路技术研究所的研究工作,分锥形踏面和磨耗型踏面两种类型,局限于特定的轮径范围和钢轨廓形. 基于三维弹性体Hertz接触理论,推导了满足Hertz接触条件的弹性体法向接触刚度通用计算公式,并结合轮轨几何外形特点,给出了轮轨接触斑大小及接触刚度参数的直接确定方法和数表,并以LM车轮踏面和CN60钢轨踏面匹配为例,对比分析了典型工况下计算结果与经验公式的差异. 分析结果表明:基于本文计算公式制定的Hertz弹性接触数表弥补了现有数表中缺乏接触刚度的不足,可直接用于弹性体接触计算;对于轮轨接触,与本文公式计算结果相比,以往经验公式中磨耗型踏面的接触常数计算结果仅在车轮名义中心圆弧与轨顶中心圆弧接触时的误差较小,约为0.40%～0.44%;其他接触位置时,经验公式计算结果与本文公式计算结果相差较大,误差范围可达 ?25.97%～131.42%.      

钢轨磨耗型波磨计算模型与数值方法

分析了国内外铁路钢轨波浪形磨损理论模型，提出了车辆轨道垂、横向耦合动力学、轮轨滚动接触力学和钢轨材料摩擦磨损模型为一体的钢轨磨耗型波浪形磨损计算模型，发展了相应的数值方法。模型中车辆结构和轨道下部结构被简化成等效的质量、弹簧和阻尼系统，钢轨用Euler梁代替，并考虑它的垂向、横向弯曲变形和扭转变形，利用修改的Kalker三维弹性体非Hertz滚动接触理论和相应的数值方法计算轮轨蠕滑力和摩擦功，假设材料单位面积磨损量正比于轮轨接触面摩擦功密度。利用该模型和相应的数值方法分析了几个磨耗型波磨情况，结果表明该模型可以模拟轨道多种缺陷(轨缝、扁疤、凹坑、轨枕间距、随机不平顺等因素)引发的钢轨磨耗型初始波磨和发展规律，可以模拟由于钢轨在机械加工或打磨过程中形成的初始波磨的演化过程，可以通过改善轨道特性来消除或减少波磨的发生和发展。     

轮轨三维非线性静态接触应力及其影响因素分析*

轮轨接触是高速列车运营安全中的关键问题,研究轮轨三维非线性静态接触应力及其影响因素是解决这些问题的关键。利用有限元分析软件 ANSYS,建立三维轮轨有限元模型,轮轨之间建立面面接触单元,对 TB锥形踏面和CHN60钢轨静态接触进行计算,分析轮重和材料模型因素对接触斑形状和面积的影响,并与 Hertz理论解进行对比,进而分析平均接触应力、轮轨 Mises应力的影响,再利用弹簧单元模拟弹性地基,考虑地基刚度因素对轮轨静态法向接触应力的影响。结果表明：轮轨接触斑面积和形状是轮轨接触应力的主要影响因素;轮轨接触斑形状与 Hertz理论的椭圆接触斑存在差异,随着轮重增加,接触斑面积的差距逐渐越大,导致轮轨平均接触应力不同;弹性材料的接触斑面积小于弹塑性材料接触斑面积;轮轨接触不可避免的出现塑性变形;法向接触应力随着地基刚度减小而减小,但过小的地基刚度会增加地基变形,对列车长期运行不利。     

钢轨扣件失效对列车动态脱轨的影响

建立了非对称车辆/轨道耦合动力学模型,分析轨道扣件失效对车辆动态脱轨的影响,考虑离散轨枕支承对车辆/轨道耦合作用的影响,通过假设轨道系统刚度沿纵向分布发生突变来模拟扣件组失效状态,推导了考虑钢轨横向和垂向以及扭转运动的轮轨滚动接触蠕滑率计算公式,利用Hertz法向接触理论和沈氏蠕滑理论计算轮轨法向力及轮轨滚动接触蠕滑力,采用新型显式积分法求解车辆/轨道耦合动力学系统运动方程,通过数值分析计算,得到轮轨横垂向力之比、轮重减载率、脱轨危险状态的持续时间和轮对踏面上轮轨接触点位置的变化。连续5个钢轨扣件不同程度失效对列车动态脱轨的影响的数值模拟结果表明,如果失效因子从0.8增大到1.0,即钢轨扣件经历从接近完全松脱到完全松脱,钢轨扣件失效对列车动态脱轨影响呈指数规律。     

车辆-轨道耦合动力学系统可视化仿真

为了提高车辆-轨道耦合动力学系统可视化仿真的逼真度,采用迹线法计算了车轮踏面接触轮廓面,以平面方式表现轮轨动态接触关系,钢轨以梁的形式参与振动,通过实时建立具有一定垂向、横向和扭转振动形态的钢轨模型来模拟钢轨的振动行为。仿真结果表明,在保证优良的实时性的同时,可以清晰地观察轮轨接触点的变化情况,免去了在复杂的三维场景中变换视点的操作,使轮轨动态接触关系更简洁,通过实时创建钢轨模型,使钢轨振动行为的模拟更逼真。     

考虑尖轨变截面廓形的轮轨接触与磨耗分析

为研究尖轨变截面对曲尖轨轮轨接触行为和磨耗分布的影响,提出了一种适用于道岔区的三维非对称接触几何算法,该算法可计算车轮与曲尖轨间的真实法向间隙. 使用SIMPACK建立车辆-道岔多体动力学模型,获得仿真结果;利用考虑变截面的接触模型与英国谢菲尔大学提出的USFD磨耗模型计算曲尖轨磨耗. 研究结果表明:1） 以S1002CN车轮与12号道岔曲尖轨为例,轮对摇头角与尖轨变截面均会引起轮轨法向间隙沿接触斑纵向非对称分布,从而导致接触斑形状与应力沿接触斑纵向非对称分布;当摇头角为10 mrad,横移量为7.5 mm时,本文算法得到的接触斑面积比未考虑尖轨变截面和摇头角的简化算法所得结果大9.2%. 2） 以CRH3型车与12号曲尖轨道岔为研究对象,简化算法得到的最大磨耗深度为本文算法所得结果的0.75倍.      

人工智能算法在铁道车辆动力学仿真中的应用进展

梳理了人工智能算法在铁道车辆系统动力学仿真中的应用实例和国内外相关文献，概述了铁道车辆动力学仿真中常用的机器学习和深度学习算法，归纳和评述了2种学习算法在铁道车辆系统动力学建模与仿真中的应用分类；从铁道车辆系统动力学建模、动力学性能预测与动力学性能优化等方面入手，详细讨论了人工智能算法应用在力元建模和仿真、轨道不平顺预测、运行平稳性预测、噪声预测、侧风安全性预测、运行安全性预测、悬挂优化、轮轨匹配优化、结构优化以及主动与半主动控制等领域的优势和局限性，指出了现阶段人工智能算法在动力学仿真应用中主要面临的训练样本缺乏、泛化能力不够、可解释性欠缺等问题；展望了今后人工智能算法和车辆系统动力学交叉研究的发展方向和重点研究内容。研究结果表明:融合经典力学和人工智能算法结合的混合建模理论可作为之后的重点研究方向；人工智能算法对解决随机动力学中的随机不确定性，提高随机动力学的性能具有较大的应用潜力；通过人工智能算法与优化算法相结合来实现动力学性能优化，可充分发挥人工智能算法的优势。      

地铁车辆轮轨型面匹配分析

为了分析地铁车辆常用的LM型踏面、内侧距1 358 mm和1 360 mm的S1002型车轮踏面分别与60 kg/m钢轨匹配特性.进行了轮轨接触几何、非赫兹滚动接触、车辆轨道耦合动力学计算.轮轨接触分析表明,LM轮轨接触点能够均匀分布于钢轨型面,轮对等效锥度随轮对横移呈增大关系,接触斑面积偏小、最大等效接触应力偏大、磨...     

轨枕支撑硬点对轨枕动力响应的影响

采用35自由度的多刚体车辆系统与三层弹性离散点支撑轨道模型,建立了基于Timosh-enko梁模型的车辆/轨道耦合动力学模型,应用新型显式积分法求解其运动特性。考虑钢轨横向、垂向和扭转运动对轮轨滚动接触几何关系的影响,分别由Hertz法向接触理论和沈氏蠕滑理论计算了轮轨法向力和轮轨滚动接触蠕滑力。假设轨枕垂向支撑高度沿纵向非均匀分布来模拟轨枕支撑硬点,基于移动轨下支撑模型,分析了不同轨枕支撑硬点个数和高度对系统动力响应的影响。分析结果表明,轨枕支撑硬点对轨枕的动力响应影响显著。当硬点高度为1.0 mm时,最大钢轨/轨枕作用力约为正常状态下的2倍,最大钢轨/轨枕拉力约为正常状态的10倍,这将加速轨枕、轨下垫层及钢轨扣件状况的恶化。而支撑硬点个数对系统动力响应的影响很小。     

不同钢轨廓形下高速铁路轮轨型面匹配

为了分析不同钢轨廓形对我国高速铁路轮轨型面匹配的影响,针对高速铁路线路上使用的CHN60、60N和60D钢轨廓形,基于经典迹线法、三维非赫兹滚动接触理论及车辆-轨道耦合动力学,分别研究了不同钢轨廓形与高速车轮LMA型面匹配时的轮轨接触特性和车辆动力学性能.研究结果表明:不同钢轨廓形下,轮轨接触几何关系有较明显的差异;在不同轮对横移量下,CHN60钢轨的轮轨接触应力比另外两种钢轨廓形小;当轮对横移量为6 mm时,CHN60钢轨对应的轮轨接触状态最优,其接触斑面积最大,且接触应力分布较为均匀;不同钢轨廓形对车辆的临界速度及曲线通过能力影响较大,60D钢轨与LMA型面匹配时车辆的临界速度约为763 km/h,为三者中最高,但CHN60钢轨与LMa型面匹配时车辆的曲线通过性能最好,相应的轮轨横向力最大值3.584 k N,轮对横移量最大值3.35 mm,是三者中最小.     

监控量测技术在长逢沟隧道施工中的应用与数据分析

长逢沟隧道为一座左、右线分离的四车道高速公路长隧道,地质情况复杂,围岩软弱破碎,总体较差,Ⅲ级围岩仅占32.86%,Ⅳ、Ⅴ级围岩占67.14%,且穿越3个大断裂带,埋深较浅.根据新奥法施工原理及隧道施工实际情况,在施工过程中严格地、系统地采用监控量测技术指导施工,以现场监控的围岩观察、拱顶下沉、水平收敛、地表下沉等数据...     

水泥稳定碎石配合比设计方法的研究

水泥稳定碎石在我国公路工程中有着广泛的应用,对比分析了两种不同的水泥稳定碎石配合比设计方法,以成型原理、试件最大干密度、试件强度为切入点,充分证明了室内采用振动压实法对提高半刚性基层的路用性能有明显的作用,最后结合试验路工程,总结了水泥稳定碎石振动压实法的施工工艺。     

某岩质边坡失稳机理分析及处置措施研究

通过对现场失稳岩质边坡的调查,简述了边坡存在的隐患,对其进行了失稳机理分析,根据工程特点设定了治理目标及治理方案,并简要阐述了施工工程布置方案,对类似的工程有一定的指导作用。     

隧道监控量测技术应用实例

以某高速公路隧道施工监控为例,详细介绍了隧道监控量测必测项目,如周边位移及拱顶下沉量测数据处理方法及在工程施工中的实际应用,并提出了相关处置意见,及处置后的效果,以供参考。     

在山西省高速公路会议电视系统实施过程中的体会

山西省高速公路会议电视系统作为信息化建设的一部分,采用H.320、H.323混合组网方式,充分利用高速公路内部光纤传输系统专网资源,搭建了自己的网络平台。极大地实现了系统的实用性、稳定性、可扩展性。本会议系统不仅能实现会议功能,还用于远程培训等功能,为人们提供了一种简便而有效的工作平台,不仅节约了宝贵的时间、人力、物力,同时又提高了企业的管理和决策效率,再次为整个交通系统信息化工作迈上一个新的台阶。     

八盘山公路隧道施工安全监理与监控量测

以离军高速公路八盘山公路隧道为实例,从监控量测、数据处理、安全评估等方面论述了公路隧道的施工安全监理、监控量测的具体方法、步骤及效果。     

聚合物(Soilfix)稳定碎石基层在工程中的应用

通过聚合物(Soilfix)稳定碎石基层在北京东礼路改造工程中的应用实践,对聚合物稳定材料的工作特性进行了验证,以此倡议加快聚合物稳定材料在我国公路建设中的推广应用。     

农村公路的养护技术

对农村公路各部分结构提出其相应的正确养护措施,指出现阶段农村公路养护工作中的不足之处和容易被遗漏的技术要点。     

边坡处治技术发展现状及其应用

边坡失稳严重危及到国家财产和人民的生命安全,成为制约国民经济持续稳定发展的因素之一。通过综合描述边坡的处治技术、研究现状及取得成果,提出合理的治滑措施。为了有效地防治边坡地质灾害等问题,指出应加强滑坡防治中多种处治技术的综合应用,与坡面绿色防护优化组合,达到生态治理的效果。     

点状雨夜反光标线材料及其应用

由于雨夜交通事故频发,标线材料急需要提供雨夜反光功能,而传统的振荡雨夜反光标线则由于自身缺陷不能实现全方位反光,针对上述问题,亟需一种能实现全方位雨夜反光的标线材料。结构型反光标线材料能提供一种集振动、高防滑、全天候和全方位反光的标线提示功能,是一种较振荡标线更加安全的标线材料。