用于电极裂纹检测的反射式涡流探头设计

列车牵引电机主极焊接处环境狭小、包裹层厚,为实现复杂情况下对主极产生的裂纹进行有效检测,设计一种体积较小的反射式涡流探头。探头由激励线圈、检测线圈组成,针对主极特点对线圈各种参数进行优化,提高灵敏度,增强抗干扰能力。同时进行大量试验验证,证明该传感器对电极裂纹检测的可行性和有效性。此外,该探头同样适用于其他类似裂纹的检测。     

电磁阻抗法检测钢轨踏面硬度中提离效应的研究

电磁无损检测钢轨踏面硬度中，检测信号对提离效应极其敏感，所以必须对提高效应加以抑制。本文针对电磁法铁磁材料硬度无损检测中的提离效应问题，提出了利用阻抗法，根据差动探头散射阻抗解析模型，对阻抗平面利用计算机图像处理进行处理，从而抑制提高效应，提高阻抗法进行铁磁材料检测的精度，并建立了用于钢轨踏面度无损检测的电磁场数学模型，实现了钢轨踏面硬度的定量检测。     

硬岩地层盾构正面滚刀磨损规律与预测模型

针对盾构机在全断面硬岩地层中掘进遇到的刀具磨损严重的难题，结合青岛地铁6号线朝阳路站—峨眉山路站盾构隧道工程实例，采用多元回归分析的方法分析滚刀安装半径、地层参数、掘进距离与正面滚刀磨损量之间的关系。考虑盾构总推力、刀盘转速、刀盘扭矩、掘进速度、安装半径、岩石单轴抗压强度和磨蚀性指数等多重变量，构建正面滚刀磨损预测模型，分析不同轨迹正面滚刀的磨损特征，得出以下结论：(1)在800 m的掘进距离内，平均每个刀位换刀3.18次，随着滚刀安装半径增加，单把滚刀的累计换刀次数逐渐增加、平均掘进长度逐渐降低，其累计磨损量呈幂指数增加；(2)正面滚刀平均每延米磨损量随岩石强度增加呈幂指数增长、随磨蚀性指数增加呈指数增长，且拟合相关系数较高，表明以上参数对滚刀磨损有着关键作用；(3)构建的滚刀磨损量计算模型考虑了掘进参数、刀具安装半径、岩石强度和磨蚀性指数等因素，可对硬岩地层盾构正面滚刀磨损规律进行预测，此外，验证了滚刀磨损预测模型的准确性，预测值与实测值误差不超过13%。     

预防非工作边表面裂纹的直尖轨倒圆弧半径取值研究

针对高速道岔直尖轨非工作边表面出现纵向裂纹的问题,通过建立车辆道岔多体动力学模型和三维弹塑性轮轨接触有限元模型,分析倒圆弧半径对直尖轨等效应力及其作用位置的影响。结果表明:尖轨顶宽30mm到顶宽40mm断面间易发生非工作边表面裂纹,其中顶宽35mm断面的受力状态最为不利;倒圆弧半径取值越大,对尖轨降低值的影响越大,为降低对车辆轨道动力性能的影响,在相同条件下,应尽可能选择较小半径的倒圆弧;直尖轨倒圆弧能够有效降低内部的等效应力,并能增大应力作用位置到非工作边的距离;综合考虑直尖轨降低值和受力状态,倒圆弧半径取3mm时优于其他半径取值。     

钢轨轨腰缺陷检测MsT有限元分析及优化

钢轨轨腰缺陷的存在严重影响了列车的运行安全,及时有效地对轨腰缺陷进行检测具有重要意义。基于铁磁性材料固有的磁致伸缩效应及其逆效应,分析了磁致伸缩换能器(MsT)激励过程的控制方程,采用有限元法建立了一个检测钢轨轨腰通孔缺陷、一发一收的单向聚焦斜入射SV波MsT二维多物理场耦合模型。该模型对钢轨轨腰处有缺陷时接收线圈的感应电压信号进行仿真分析,并结合正交试验法,分别研究了发射线圈和接收线圈的提离距离、导线结构参数对缺陷回波电压信号幅值的影响,得到了模型优化后的结构参数。该工作对MsT用于钢轨轨腰缺陷检测的接收电压信号分析以及导线设计具有指导意义。     

基于环形电磁线圈的轮轨增压方案

针对列车制动时黏着力不足的问题，基于车轮结构和电磁学基本原理提出一种固定在转向架上的环形电磁线圈方案。该方案利用电磁线圈磁化车轮，使其对轨道产生垂向吸力以增加轴重。对所提方案设置内嵌环形线圈励磁模型和外置环形线圈励磁模型，并基于Ansoft Maxwell电磁场分析软件分析了两种模型的磁感应强度、垂向电磁吸力等参数。计算结果表明：在内嵌环形线圈励磁模型中，轮轨的增压效果不明显，其增加轴重的调节效果不显著；而在外置环形线圈模型中，轮轨接触位置产生了更稳定的励磁作用，轮轨处可获得较大的垂向电磁吸力，车轮增压效果明显。     

弹性波技术在高速铁路道岔区板式无砟轨道离缝检测中的应用

高速铁路板式无砟道岔区的离缝脱空无法通过人工方法有效检测，须采用无损方法。针对这一问题，采用弹性波法对板式无砟轨道道岔区段进行检测，分析了黏结良好区域和脱空区域的反射波形特征，给出了道岔黏结质量评价方法和评价指标。结果表明：弹性波法能有效检测板式无砟道岔离缝脱空，可通过时域反射系数和卓越频率两个指标综合识别离缝；相对于黏结良好状态，脱空状态下时域反射系数明显增加，反射系数大于0.7时可判定为脱空；存在脱空时，脱空深度位置对应的频率峰值表现出较强的反射特征。将检测结果绘制成等值线图，可直观显示离缝脱空位置；计算离缝面积比，可评价道岔区轨道板底部的黏结状态。     

曲线几何参数对货车转向架曲线通过性能的影响

利用SIMPACK仿真软件建立副构架径向转向架和交叉支撑转向架的动力学模型，并对其动力学性能进行仿真计算，分析比较曲线半径、超高等曲线几何参数对2种转向架曲线通过性能的影响。结果表明：曲线半径和欠超高对径向转向架和交叉支撑转向架的脱轨系数、轮重减载率影响比较接近；曲线半径在400-1200m范围内，自导向径向转向架能有效提高通过性能，明显降低轮对冲角，减缓轮轨磨耗；欠超高对2种转向架轮对冲角的影响近似成线性关系，且其影响程度仅和转向架本身属性相关，与曲线半径无关。指出采用磨耗功率评价欠超高对曲线轮轨磨耗的影响更为合理，因为不仅能反映出磨耗与欠超高的关系，还能反映出曲线外轨超高设置不同时轮轨磨耗的变化特点，这与工程实际中减小外轨超高、设置欠超高有利于降低轮轨磨耗是一致的。     

地铁隧道过海段复合衬砌参数的敏感性分析

以青岛地铁1号线胶州湾过海隧道为研究背景，选取了影响复合式衬砌外围水压力的9个主要影响因素，在利用Midas有限元数值分析软件的基础上，采用正交试验设计法分析了2种测试水平下这9个因素对水压力折减系数的显著性影响水平。结果表明：影响二次衬砌外围水压力大小的显著性因素为二次衬砌外围半径和围岩渗透系数与二次衬砌渗透系数的比值；影响初期支护外围水压力大小的显著性因素为围岩渗透系数与注浆圈渗透系数的比值、注浆圈厚度、围岩渗透系数与二次衬砌渗透系数的比值及隧道半径。其中，围岩渗透系数与二次衬砌渗透系数的比值对二次衬砌、初期支护的外围水压力均有显著性影响。因此，在海底隧道设计和施工过程中，应重点关注衬砌的渗透性能，注意支护结构的参数设计和选取，以保障海底隧道的顺利开挖及运营安全。     

高速铁路列车制动盘散热筋布置间距研究

[目的]当列车设计速度达到400 km/h等级后,车下流场环境会更加复杂,使得制动盘阻力、功率消耗加剧问题更加凸显,需要对该速度等级下列车制动盘散热筋的最优布置间距进行深入研究。[方法]基于圆柱型散热筋结构,通过有限元仿真手段建立模型,并输入了相关参数值。针对相邻两周散热筋的圆心距d_周向设置了四个计算工况,针对相邻两周间的距离d_径向设置了五个计算工况,分别计算不同d_周向、d_径向对制动盘温升、阻力及散热功率的影响,进而得到d_周向及d_径向的建议取值。[结果及结论]d_径向=40 mm(即散热筋与制动盘边缘的距离同制动盘直径之比为0.75)时,制动盘温升达到最低值,制动盘的性能较优;散热筋直径为d_周向的一半时,制动盘综合性能最优。     

锤击固有频率法弹条扣压力无损检测仪研发及应用

针对铁路服役弹条实时扣压力不能定量检测问题，研究弹条扣压力激振频率采集测试技术，提出利用弹条扣件系统结构应力与固有频率的关联特性进行弹条扣压力检测方法。对服役弹条Ⅱ型扣件各阶模态和振型进行有限元分析，得到振动传感器最佳布设方向及位置；开展基于弹条在不同激励强度下的响应分析，提出锤击装置锤击力、方向及位置方案。研制弹条扣压力无损检测仪，阐述检测仪硬件主体构成和软件系统功能。通过开展实验室环境下声响与振动传感器采集固有频率对比试验，初步验证了检测仪具有较好的应用效果与推广前景。     

基于Anchors设计和模型迁移的钢轨内部伤损检测方法

钢轨内部伤损的准确检测是保障列车安全运行的重要环节，如何提高伤损检测算法的泛化能力和鲁棒性是当前自动检测该类伤损面临的主要问题。为此，提出一种基于Anchors设计和模型迁移的钢轨内部伤损检测方法。首先，采用图像数据增强技术扩充现有图像数据集，获取适量的训练样本。其次，设计以交并比为距离度量的K-means聚类算法获取新的Anchors多维度约束，提高伤损检测精度。最后，在基于改进Faster R-CNN模型的迁移学习方法基础上，训练所提的钢轨伤损检测模型。试验结果表明，本文检测方法所得精确率、召回率和F₁值均达到99%,对不同类型的内部伤损取得了较好的检测效果；与现有方法相比，本文所提方法的识别准确率高、误报率低，可有效检测钢轨内部伤损。     

隧道竖井施工对地下管线影响的数值模拟

研究目的：研究武汉长江隧道施工对地下管线的影响，对于确保工程的安全实施至关重要。建立江北竖井地下连续墙、土体与地下管线变形耦合作用的三维有限元分析模型，分析不同开挖步骤、不同管材、不同地下管线埋深、离基坑的不同距离、不同管径、壁厚对地下管线位移的影响。研究结论：以武汉长江隧道江北竖井施工为例，通过建立计算模型和对不同开挖步骤、不同管材、不同管径、不同地下管线埋深、离基坑不同距离的分析，管线位移随开挖深度增加而增大，头两步开挖对管线位移的影响起决定性作用，在前二步开挖时要严密监测施工对管线的影响；由于受到地下连续墙的抑制作用，地下管线存在着端部效应问题，离基坑越近，其端部效应越明显，端部效应改变了管线的位移形态；管线外径和壁厚对其位移的影响不显著；多种管线并存时，其相互影响不显著。     

公铁两用新型钢轨探伤车的开发

JR东日本公司在钢轨探伤方面，鉴于以往维修用钢轨探伤车过于复杂，开发了一种用汽车改装的钢轨探伤车。以往探伤车为了检测钢轨顶部损伤而采用400和700的超声波探头，新型探伤车通过增加400探头而扩大探伤范围，车辆以灵活应对现场需要而提高了检测精度；比以往探伤车机器数量减少80％、水箱容积减小90％，利用汽车为主体并且保障了必要的测定分析空间。在轨道的侧移装置上走行，速度10km／h时脱轨系数不会超过1．14。     

CRTSⅢ型板式无砟轨道底座凹槽四角裂缝产生机理及结构优化措施研究

针对高铁CRTSⅢ型板式无砟轨道底座板施工过程中限位凹槽出现的四角裂缝病害，引入混凝土损伤塑性本构关系，建立底座板限位凹槽非线性随机损伤有限元分析模型，研究底座板凹槽四角裂缝产生机理并提出结构优化措施。研究结果表明：在较大负温度梯度荷载作用下，底座板凹槽四角位置会出现与现场实际情况相符的受拉损伤，负温度梯度为底座板凹槽四角裂缝产生的主要温度荷载条件，现场应重点关注轨道结构的负温度梯度情况；倒角能明显提高底座板凹槽四角混凝土损伤产生的临界负温度梯度，对限位凹槽的损伤情况也有一定程度改善，建议限位凹槽四角倒角半径取80～100 mm。现场应用情况表明，限位凹槽四角倒角结构优化设计对抑制凹槽四角裂缝产生效果明显。     

铁路碎石道床雷达检测技术研究与应用进展

为促进有砟轨道道床修理由周期修向状态修转变，亟需发展碎石道床状态快速无损检测技术。从碎石道床电磁特征、状态识别方法及检测技术应用状况进行分析总结，选择高频地质雷达方法进行了试验验证，探讨道床雷达检测技术研究现状和发展趋势。结果表明，构建雷达信号时频特性表征指标，采用不同脏污程度样本进行标定可实现道床状态量化评价；雷达信号频域面积、信号扫描面积、信号时间轴交叉点数等3个表征指标敏感性强；收集多场景雷达数据并开展标定试验是建立道床状态量化评价标准的重要手段；开发车载式测试系统、建立状态评价指标体系是我国科学化制定道床修理策略的必经之路。     

高速铁路钢轨波磨对弹条疲劳寿命的影响

为研究高速铁路钢轨波磨对扣件弹条寿命的影响，建立了车辆-轨道耦合动力学模型、扣件弹条瞬态有限元模型、扣件弹条疲劳寿命预测模型，仿真计算了列车高速通过波磨波长60～160 mm、波深20～160μm的钢轨波磨区段时扣件弹条的动态响应及疲劳寿命。结果表明：列车通过波磨钢轨时，钢轨对扣件的作用力及钢轨垂向位移变化曲线均发生明显的高频波动，其波动频率与钢轨波磨引起的激励频率一致，导致弹条动应力大幅增加；当波磨波深相同、波长在80 mm和130 mm时，波磨通过频率与扣件弹条固有频率接近，从而产生共振，导致扣件弹条动应力明显增大而疲劳寿命明显降低；同一波长下，随着波磨波深增加，扣件弹条动态响应加剧，疲劳寿命大幅降低。     

基于Lamb波高阶JS散度的铝合金板损伤定征方法

针对高速列车车体铝合金构件疲劳损伤的在线检测问题，提出一种基于Lamb波时频高阶JS散度的铝合金裂纹损伤量化评估方法。采用基于相空间重构的奇异值分解方法对Lamb波传感信号进行噪声抑制，利用归一化窗S变换分析损伤信号的时频域瞬态能量分布特征。为了更深层次地揭示Lamb波损伤信号在时间维度与频率维度的非线性分布特性，提出信号时域与频域的n阶矩计算方法，采用损伤信号与无损信号间的时频高阶JS散度距离作为损伤指数对铝合金板的疲劳损伤进行量化评估，并分析高阶JS散度距离与铝合金板疲劳裂纹密度间的线性相关性。有限元仿真和铝合金板的疲劳损伤检测试验结果表明，本文提出的方法对铝合金薄壁件早期裂纹具有较高的敏感性，对疲劳裂纹损伤具有较好的量化表征能力。该方法无需进行Lamb波在复杂构件中传播机理分析与损伤波包识别，简单高效，可操作性强，在高速列车车体复杂结构损伤评估中具有较好的应用前景。     

3万吨重载列车作用下小半径曲线段轨道结构横向稳定性分析

建立了朔黄铁路3万吨C80重载列车纵向动力学模型、机车和车辆动力学模型及轨道结构有限元模型，分析了重载列车通过小半径曲线段时最大车钩力分布、车辆运行安全性以及轨道结构横向稳定性。结果表明：3万吨重载列车最大压钩力一般大于拉钩力，压钩力最大值主要出现于第二个万吨编组的前部和第三个万吨编组的中部；3万吨重载列车作用下压钩力、拉钩力、轮轴横向力、轨排横向位移的最大值分别为1 205.00、1 062.10、83.88 kN和1.22 mm，均小于安全限值，满足列车运行安全和轨道结构横向稳定性要求；通信故障情况下脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和轨排横向位移均大于正常通信情况下，且其最大值均出现于半径400 m曲线段。     

基于深度特征匹配的转辙机自动开闭器静接点尺寸测量方法研究

自动开闭器是转辙机上负责动作控制与状态表示的频繁动作关键部件，使用过程中的接点磨损会影响控制与反馈电路的导通。然而，由于其安全关键、磨损样本稀少、工作环境恶劣，使得自动开闭器的在线监测成为转辙机维护维修的难题。针对上述问题，基于机器视觉提出一种深度特征匹配的目标检测方法。首先利用VGGNet自适应地提取接点模板和待搜索样本的深度特征，采取归一化互相关算法和反向映射算法完成目标定位，利用权重优化和非极大值抑制优化边界框，实现小样本数据集情况下兼顾精度与鲁棒性的目标定位；然后使用大津法二值化、中值滤波、水平差分算子等完成静接点图像处理；最后使用标定板换算获得静接点的几何尺寸数据。实验结果表明：本方法在实际应用中的定位检测精度达到85.93%,召回率达到90.63%,F1达到88.22%;在尺寸测量误差方面，RMSE、MAE、MAPE分别为2.56 mm、1.55 mm、12.94%。