轨面短波不平顺对轮轨力影响的研究

轨面短波不平顺是轮轨作用力的主要影响因素。通过分析实测轨面短波不平顺数据,利用仿真计算研究不同轨面不平顺、不同运行条件下的车辆动力响应,比较分析动力响应计算结果有利于了解短波不平顺对运行列车的安全性和稳定性的影响。最后的结果分析为现场轨面短波不平顺的维修养护控制值提供一定的理论依据,并建议了轨面不平顺的控制值。     

沥青路面不平整的原因及措施

沥青路面的平整度是一个比较直观的概念．也是衡量沥青路面工程最为重要的质量指标之一,如何提高高等级路面的平整度,影响因素很多,而且施工控制难度最大。因为．从路基到路面基层、从基层到沥青磨耗层、从台背回填到伸缩缝安装、从摊铺到碾压、从材料进场到级配碎石设计和石料级配到沥青拌和施工中的每一个环节,都与它有很密切的关系。只要其中的某个环节出现问题。都会直接或间接影响沥青路面的平整度。     

公路施工中沥青路面不平整的成因及对策

随着高等级公路的迅速发展,对于路面平整度要求越来越高,路面平整度的合格率既反映了行车舒适程度,又反映了施工队伍的水平。所谓路面平整是以几何平面为基准,表现为路面纵向和横向的凸凹程度,即实际路面表面对设计的几何平面的偏离程度。优良的平整度不仅是车辆高速、舒适、安全地通行的重要保证,更对路面养护费用和使用寿命有明显的影响。本文主要从路面施工方面探讨造成沥青路面不平整的原因,以及应采取的防治措施。     

机场道面及其下部地基脱空的测试方法

分析了机场跑道重锤式弯沉仪、探地雷达、面波与映像的测试结果, 判别了机场刚性道面板底部脱空、下部地基沉陷与地基空洞变形, 对比了不同脱空深度和位置下的波谱特点, 研究了基于应力波与电磁波的道面脱空测试方法的有效性与优越性, 并对测试精度进行现场钻芯验证。验证结果表明: 传统重锤式弯沉仪测试数据为道面表层荷载位移, 无法反映跑道道面板底部土基沉陷变形与脱空缺陷; 面波测试深度较大, 采样数据可反映道面板下部地基变形与脱空状态; 映像方法测试道面板底部反射波性状, 可实现对道面板结构层底部脱空的判定; 以上3种测试方法均为间隔采样, 受采样点数目限制, 对跑道整体状态代表性不足, 无法克服由采样点间距导致的评价误差; 探地雷达测试方法可实现连续状态测试, 测试范围覆盖率为100%, 且雷达测试数据与传统测试数据符合率为95%, 并经8样本点钻芯试验验证孔底脱空测试精度为87.5%, 但雷达测试结果对脱空的量化分析不足, 需依托面波测试与映像测试结果对脱空测试结果进行有效验证。     

基于ABAQUS的机场刚性道面结构有限元模型

应用有限元软件ABAQUS对Winkler地基上四边自由单块板在飞机轮载作用下的应力和挠度的收敛性进行了分析, 确定了有限元模型应采用的单元类型、网格密度和平面尺寸。按照贡献面积刚度分配原则, 通过在相邻混凝土板侧面的对应结点设置弹簧单元, 模拟接缝集料嵌锁或传力杆的传荷作用, 建立了板-接缝-基础道面结构体系3D有限元模型, 并对比分析了有限元模型计算的接缝传荷系数与已有回归模型的预估结果。比较结果表明: 在基于ABAQUS的刚性道面有限元模型中, 考虑层间接触时, 各结构层宜采用二次积分单元C3D27或C3D27R, 相应的单元尺寸应不超过板厚的1/2, 模型的平面尺寸需大于4倍相对刚度半径, 接缝传荷作用可采用弹簧单元SPRING2进行模拟, 接缝刚度可按照结点贡献面积进行分配。     

道面摩阻不平衡对飞机着陆滑行参数影响

从运动学原理入手建立飞机着陆滑行力学模型, 引入道面摩阻不平衡度, 基于实测道面摩擦因数及其摩阻不平衡度分析飞机着陆减速和匀速滑行阶段的偏航角与偏航距离的变化趋势, 并设计模型试验分析湿滑道面摩阻不平衡下飞机着陆滑行参数变化规律。研究结果表明: 当跑道中心线两侧摩阻不平衡时, 机体产生绕竖轴扭矩, 导致飞机产生偏航角和偏航距离; 摩阻不平衡度的增大导致飞机偏航角与偏航距离增大, 摩阻不平衡度由0.03增加到0.38时, 偏航角增大4倍, 偏航距离增大1倍; 减小中心线两侧的摩阻不平衡度可以有效降低飞机偏出跑道概率; 滑移率对偏航角和偏航距离影响较小; 道面摩擦因数降低, 减速滑行距离增大, 基本呈线性变化; 随着跑道接地带摩阻不平衡度增大, 飞机所产生的偏航角呈直线增长, 当摩阻不平衡度达0.165时, 偏航角达1.2°; 随着跑道接地带摩阻不平衡度增大, 偏航距离也增大, 由于减速段所产生的偏航角, 加之匀速段滑行距离较长, 70%以上的偏航距离是在匀速阶段发生的; 湿滑道面下随着中心线两侧的水膜厚度差增大, 偏航角和偏航距离均增大, 水膜厚度差从0.05mm增加到2.50mm, 偏航角增大6倍, 偏航距离增大5倍。可见, 在接地带保证飞机主起落架两侧摩阻平衡, 有利于着陆减速过程飞机偏航角的控制。     

基于路面不平整度的车辆振动响应分析方法

为了分析路面与车辆的相互作用, 提出了四自由度1/2车辆模型相对于不平整路面耦合振动分析方法。根据GB/T7031-1986建议的公路路面功率谱密度的拟合表达式, 在分析了运行汽车固有振动频率和行驶速度的影响后, 获得分布在一定频率范围内的离散功率谱密度数据, 利用离散傅立叶逆变换得到路面不平度值, 并以此作为1/2车辆垂向动力学模型的输入激励, 通过数值仿真得到运行车辆系统在不同路面不平整度下的时域响应。分析结果表明: 车辆动荷载系数随车速增大呈线性增加, 随路面等级变差呈非线性增大, 路面等级是影响车辆动力作用的最显著因素。     

基于支持向量机的水泥道面脱空检测与判定方法

针对高速弯沉仪检测数据的规律和特点,提出了基于支持向量机模型的水泥道面板底脱空检测方法。介绍了高速激光弯沉仪的系统组成及测量原理;对高速弯沉仪和重型落锤式弯沉仪进行了对比试验研究,分析了基于弯沉比的脱空判定方法对高速弯沉仪检测结果的适用性,基于支持向量机模型建立了道面板底脱空程度分类识别模型。结果表明：高速弯沉仪与重型落锤式弯沉仪对道面薄弱区段的识别结果显示较高的一致性;所建立的支持向量机脱空程度分类模型具有较好的综合性能,二分类和三分类均有较高的预测精度。     

轨道随机不平顺下磁浮车辆非线性动力学特性

基于柔性轨道研究了随机不平顺下磁浮车辆的动力学特性, 在将轨道受力分解为分段链式结构的基础上, 提出了一种磁浮车辆垂向悬浮稳定性分析方法, 定义了不同悬浮力作用于各自悬浮点时柔性轨道的振动固有频率和模态矩阵; 建立了轨道分段链式结构的离散形式和轨道结构的运动方程, 采用虚拟激励法将轨道不平顺产生的随机激励转化为系统输入激励, 并将轨道随机高低不平顺作为振动激励源进行车轨振动控制; 在不同反馈控制参数下采用电压反馈双环PID控制器数值仿真车辆的悬浮状态, 并分析了轨道随机不平顺激励下反馈控制参数对磁浮系统稳定性的影响。研究结果表明: 当磁浮车辆速度为50~80 km·h^-1, 位移反馈参数、速度反馈参数和电流反馈参数分别为140 000、50、500时, 车辆可以从起始间隙16 mm快速定位到平衡位置间隙9 mm, 在2.2 s时即可稳定悬浮, 系统的超调量和稳态误差分别为1.50和0.13 mm, 且系统振动频率趋近于0;当位移反馈参数、速度反馈参数和电流反馈参数分别为15 000、50、400时, 磁浮车辆在轨道随机不平顺作用下的悬浮稳定性变差, 系统在9 s左右逐渐趋于稳定, 但仍旧在平衡位置上下浮动, 且系统振动频率和振动幅值分别为7 Hz和0.5 mm; 当磁浮车辆的速度超出50~80 km·h^-1时, 第1组反馈控制参数不再适用, 磁浮系统在1.7 s左右发散, 车辆失稳, 表明在不同车辆速度和反馈控制参数的作用下, 轨道随机不平顺能显著影响磁浮车辆的悬浮稳定性。     

机场跑道长度可靠性设计方法

将可靠性理论引入跑道长度计算,对有关变量作了统计分析,获得了空气相对密度、风速、驾驶误差系数、着陆接地点到跑道端的距离等变量的分布规律。采用遗传算法和重要抽样法进行了跑道长度可靠度分析,提出了一种基于可靠性理论的跑道长度设计方法,对永备机场进行了可靠性评价,其平均失效概率是4 75×10-4,实际失效概率为2×10-43×10-4,两者比较接近。计算结果表明可靠性方法对跑道长度设计和安全性评价是可行的。     

机场跑道摩擦因数测试车建模与仿真

为了提高机场跑道摩擦因数测试车的测量精度, 对机场跑道路面不平度和摩擦因数测试车进行了建模和仿真。利用路面功率谱密度和离散Fourier逆变换法建立了机场跑道路面不平度模型作为测量系统的输入激励, 采用阻抗框图建模法, 建立了机场跑道摩擦因数测试车悬挂系统和测试系统模型, 并在该模型的基础上进行了系统仿真, 并将仿真结果与现有机场跑道摩擦因数测试车实测数据进行对比。对比结果表明: 通过对机场跑道摩擦因数测试车进行综合阻抗框图建模, 可将最大相对测量误差从15.7%降低到8.6%, 因此, 建立的数学模型测量精度高。     

结合区域分割和Wishart分类器的机场跑道区域快速检测方法

提出了一种结合区域分割和Wishart分类器的极化合成孔径雷达图像机场跑道区域快速检测方法; 利用简单线性迭代聚类算法分割极化合成孔径雷达图像, 并将分割得到的超像素作为后续分类处理的基本单元; 采用一种优化后的距离度量方式给超像素分配类别标签, 解决了传统Wishart距离度量因子冗余运算量大的问题; 分析了机场跑道区域像素的极化散射特性, 利用机场跑道区域的弱散射特性从分类结果中提取感兴趣区域; 利用机场跑道的结构特征筛选辨识感兴趣区域, 进而确定机场跑道区域的准确位置; 利用极化合成孔径雷达实测数据测试了算法的有效性, 并与传统基于像素的检测结果进行对比。试验结果表明: 该算法在复杂大场景下能够快速有效检测出机场跑道区域, 检测出的跑道轮廓清晰, 结构比较完整; 采用简单线性迭代聚类算法预处理图像极大地降低了后续处理的复杂性; 针对墨西哥湾试验数据, Wishart分类器处理单元个数分别是Freeman+Wishart算法和FCM+Wishart算法的1.0%和2.4%, 整个检测过程耗时分别为Freeman+Wishart算法和FCM+Wishart算法的9.9%和27.1%;针对大岛试验数据, Wishart分类器处理单元个数分别是Freeman+Wishart算法和FCM+Wishart算法的1.0%和2.6%, 整个检测过程耗时分别为Freeman+Wishart算法和FCM+Wishart算法的14.0%和31.8%。可见, 所提检测方法的实时性能优于基于像素的检测方法。     

采用IRI评价机场道面平整度的适用性

提出一种采用国际平整度指数(IRI) 评价机场道面平整度的适用性综合分析方法, 建立了1/4车辆模型与飞机的动力学模型, 采用IRI和飞机重心处竖向加速度(VACGA) 作为机场道面平整度的评价指标, 利用MATLAB/Simulink建立了IRI和VACGA求解模型; 以正弦函数形式的不平整激励模拟机场道面纵断面的微波起伏, 在不同振幅、波长和滑行速度条件下定量解析IRI和VACGA的分布特性。计算结果表明: VACGA和IRI均与振幅成正比; IRI的敏感波段为波长1~5m的短波, 并在波长为2m时达到最大; 飞机在200km·h^-1滑行速度下, VACGA随波长的变化呈现3个波峰, 并且在波长为15m时达到最大波峰; 当飞机在滑行道的滑行速度小于40km·h^-1时, VACGA的敏感波段为2.3~7.2m, 基本分布在IRI的敏感波段内, 说明滑行道平整度的评估可采用IRI, 但当飞机在跑道的滑行速度大于60km·h^-1时, VACGA敏感波段为6.4~23.6m, 分布在IRI不敏感波段内, 说明当飞机在跑道的滑行速度较高时, 采用IRI检测机场道面平整度是不合理的。     

沥青跑道抗滑性能分析

为了提高机场沥青跑道的抗滑性能, 保证飞机滑跑安全, 分析了沥青道面防滑性能要求, 研究了沥青道面摩擦系数、粗糙度、抗滑耐久性等防滑性能指标, 参照国际民航的规定和中国沥青道面抗滑标准, 提出了考虑飞机滑跑安全的道面技术参数, 并对材料性质、沥青混合料类型与级配、沥青用量等因素对抗滑性能的影响进行了分析。分析结果表明: 当沥青道面摩擦系数摆式仪测定值控制在45以上, 构造深度大于0.4 mm时, 飞机滑跑是安全的; 通过选择坚硬石料作为沥青混合料的集料, 采用沥青玛蹄脂碎石混合料作为面层材料, 设计合理的坡度, 及时清除道面积雪等设计与使用维护措施, 可增强沥青道面抗滑性能。     

梯度法优化下的机场跑道容量结构分析

梯度法(又名最速下降法)是计算机数据优化的经典算法,通过设定选定区域内的任意两个参数进行比较,从而逐步缩小选定区域范围,直至找出极值。梯度法在计算机数据算法领域运用广泛,运用其基本理论及程序编辑,以成都双流国际机场跑道容量结构为例进行分析,找出使用频率及规律,对加强重点季节时段的监管、预测跑道容量、评估跑道运行能力、考量机场饱和度具有重要意义。将计算机中成熟的优化算法运用到民航数据统计及管理中,也是未来民航业发展的趋势。     

采用实测数据实时修正的机场跑道水膜厚度面域分布预估方法

为精准预估不同跑道状况与降雨条件下跑道水膜厚度的面域分布,基于二维浅水方程建立了水膜厚度面域分布数值模型,开发了基于格心型有限体积法和HLL(Harten, Lax and van Leer)格式近似Riemann解的数值求解算法;在此基础上,引入水膜厚度的实测数据,通过构造伴随方程,采用梯度下降法获取了实际降雨条件下的最优曼宁系数,从而动态修正了二维浅水方程的计算结果,精准预估了跑道水膜厚度面域分布;采用北京首都国际机场安全预警平台的水膜厚度实测数据和车载式LiDAR系统获取的路面高程数据,计算分析了曼宁系数更新间隔和高程空间采样间隔对模型求解效率和精度的影响,并采用实测数据验证了算法的准确性。研究结果表明：为满足水膜厚度实时监测需求,在综合考虑计算耗时与求解精度的条件下,曼宁系数的最优更新间隔为30~300 s,对于表面平整的道面,高程的最优空间采样间隔为0.1~0.5 m,对于存在车辙等病害的道面,高程的最优空间采样间隔为0.10~0.25 m;在真实降雨条件下,水膜厚度计算值与实测值的平均误差为0.13 mm,最大误差为0.76 mm,满足机场对水膜厚度的监测需求。由此可见,建立的跑道水膜厚度面域分布预估方法能够准确计算出给定高程道面的水膜厚度分布及其时间演化,可为湿滑跑道的抗滑性能评价与风险预警提供可靠的数据支撑。     

GIS与多属性决策理论在公路飞机跑道选址中的应用

通过对影响公路飞机跑道建设、使用和保障3个方面因素进行分析, 得到了公路机场跑道选址评价指标体系。运用公路网地理信息系统的信息管理与空间分析功能, 获取了若干可行待选方案的样本集, 构建了多属性决策模型, 根据最优化理论确定各属性要素的权重值, 进而确定各备选方案考核目标值及最优方案, 最后以某公路飞机跑道选址为例进行了实例验证。分析结果表明: 4个备选方案的考核目标值依次为0.0226、0.0843、0.0158、0.0229, 比较得出最佳方案为方案3, 符合实际, 因此, 该选址方法有效。     

波音747型飞机跑道滑行力学响应

根据丹佛国际机场跑道大量实测的道面应变与弯沉, 分析了波音747型飞机滑行时道面不同位置弯沉和应变的主要特征, 研究了不同接缝传力特性、不同位置的残留变形与应变率。分析结果表明: 板边与板中有2个应变峰值, 对应于轮轴个数; 板横缝方向(与飞机滑行方向垂直)不存在反向应变, 而纵缝方向(与飞机滑行方向平行)存在2次拉压应变, 纵缝板边底部轮轴间的应变峰值回复量显著, 易发生开裂和疲劳破坏, 其底部应变峰值和应变峰值回复量分别是板边顶部的1.2倍和2.5倍; 飞机滑行时接缝处的应变率最大, 最大拉伸和压缩应变率分别为9.1×10^-4 s^-1和7.6×10^-4 s^-1, 在混凝土板中引起的应变率属于准静态应变率, 忽略其对混凝土板变形的影响; 板中弯沉为单峰值曲线, 而板角与横缝板边弯沉为双峰值曲线; 在同一板中, 板角处的相对残留变形最大, 板中处最小, 板角处的相对残留变形率是板中处的2.60~4.59倍, 相比于其他位置, 板角更容易与基层发生脱空; 铰缝传力系数接近1, 假缝与铰缝相比传力效率较低, 其传力特性具有明显的方向性, 而铰缝传力没有明显的方向性。