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铁道学报 2022年第7期44卷 135-144页

作者：高建敏金忠凯西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031 中国人民解放军第五七一九工厂四川成都611936

基于车辆-轨道耦合动力学理论和BP神经网络技术,建立考虑离缝损伤的高速车辆-CRTSⅡ型板式无砟轨道耦合动力学模型和BP神经网络模型,以轮轨系统动力响应为输入,以高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道砂浆层离缝上拱损伤为例,开展高速铁路板式... 详细信息

基于车辆-轨道耦合动力学理论和BP神经网络技术,建立考虑离缝损伤的高速车辆-CRTSⅡ型板式无砟轨道耦合动力学模型和BP神经网络模型,以轮轨系统动力响应为输入,以高速铁路CRTSⅡ型板式无砟轨道砂浆层离缝上拱损伤为例,开展高速铁路板式无砟轨道砂浆层离缝损伤识别研究。研究发现,在不同状态的砂浆层离缝损伤动力影响下,钢轨垂向振动加速度指标较为敏感;以参数化处理的钢轨垂向振动加速度响应作为BP神经识别网络的输入,来判断砂浆层是否存在离缝损伤、离缝损伤的位置以及判断离缝程度的识别方法是可行的;BP神经网络对单损伤状态和双损伤状态均能进行有效识别,但相较单损伤状态而言,双损伤状态时识别网络训练过程更复杂,迭代至误差允许范围时所需的训练次数更多;双损伤状态需要判断的可能性增加,系统更加复杂,因此实际输出相比于单损伤状态的实际输出误差要大,但是二者输出均在误差允许范围之内。研究成果可为高速铁路无砟轨道层间离缝损伤智能化诊断和分析评估提供理论参考。

关键词：高速铁路无砟轨道离缝损伤车辆-轨道耦合动力学 BP神经网络损伤识别

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高速铁路CRTS Ⅱ型板式无砟轨道砂浆层离缝损伤的动力影响及其识别研究

高速铁路CRTS Ⅱ型板式无砟轨道砂浆层离缝损伤的动力影响及其识...

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作者：金忠凯西南交通大学

学位级别：硕士

无砟轨道由于具有高平顺性、高稳定性及维修量小的特点,在我国高速铁路建设中得到广泛地推广应用。但是,随着高速铁路运营里程的累积,无砟轨道也出现了较多的运营问题,砂浆层离缝就是其中之一。轨道板与砂浆层间产生离缝损伤后,在列车... 详细信息

无砟轨道由于具有高平顺性、高稳定性及维修量小的特点,在我国高速铁路建设中得到广泛地推广应用。但是,随着高速铁路运营里程的累积,无砟轨道也出现了较多的运营问题,砂浆层离缝就是其中之一。轨道板与砂浆层间产生离缝损伤后,在列车经过时,离缝区域砂浆层与轨道板将不再接触,呈脱空状态,致使轨道结构的受力、传力方式也随之发生改变,由此会加剧轮轨系统的振动。而如何快速、准确地识别和掌握砂浆层离缝损伤与否以及离缝损伤程度,这对高速铁路无砟轨道结构服役性能评估及其养护维修管理具有重要的意义。为此,本论文以高速铁路CRTS Ⅱ型板式无砟轨道为研究对象,分析砂浆层离缝萌生和扩展的规律,以及砂浆层离缝损伤对高速车轨耦合系统的动力影响规律,在此基础上,开展离缝损伤识别研究。论文的主要工作及研究结果有:（1）建立了包含层间内聚力模型的CRTS Ⅱ型板式无砟轨道有限元模型,分析了正温度梯度载荷和负温度梯度载荷对层间离缝产生和发展的影响,对比了两种温度梯度载荷对层间损伤影响的差别,研究了温度梯度荷载作用下砂浆层弹性模量对离缝损伤扩展的影响规律,并分析了正负温度梯度载荷对轨道结构变形的影响。结果发现,CRTS Ⅱ型板式无砟轨道层间连接损伤区域和轨道结构变形量均随温度载荷的增加而增大,相同数值的负温度梯度载荷较正温度梯度载荷引起的层间损伤更为严重;当温度梯度载荷为-10℃/m～20℃/m时,其对层间损伤的影响甚微;砂浆层弹性模量越大,相同温度载荷作用时引起的层间损伤程度越严重;轨道板板端离缝主要受法向应力和横向切应力控制,板边离缝主要受法向和纵向切应力控制;相同温度梯度载荷作用下轨道板较砂浆层变形量更大,正温度梯度作用下沿板边方向轨道结构变形量较沿板中方向变形量更大,而负温度梯度作用下两者区别不大。（2）采用车辆-轨道耦合动力学理论,建立了包含砂浆层与轨道板间离缝损伤的高速车辆-CRTS Ⅱ型板式无砟轨道垂向耦合动力学模型,分析了不同离缝状态下车辆、轨道系统的动力响应特征,探明了离缝损伤区行车速度的动力效应。研究结果表明,单一离缝脱粘对高速车轨系统振动响应的影响较小;当砂浆层离缝上拱高度超过1mm时,轮轨垂向力、轮对振动加速度、钢轨振动加速度等指标显著增大,其中钢轨振动尤为剧烈,而车体垂向振动加速度指标变化相对较小;当行车速度不大于200 km/h时,离缝损伤主要影响轨道结构振动,对行车舒适性和安全性指标的影响较小;随着行车速度的提高,离缝损伤对高速车轨系统的动力影响增大;当行车速度高于300 km/h时,离缝损伤会显著加剧轮轨间垂向相互作用,恶化车辆运行品质。（3）基于神经网络理论,建立了用于离缝损伤识别的BP神经网模型,选择对离缝损伤最为敏感的钢轨垂向振动加速度指标作为神经网络系统输入,分析了单损工况及双损工况下BP神经网络系统对损伤与否及损伤位置的识别结果,研究了BP神经网络系统对离缝损伤程度的识别效果。结果表明,建立的BP神经网络模型能够很好地识别、定位离缝损伤并且能够判断离缝损伤程度,相比于单损工况,双损损伤工况更复杂,迭代至误差允许范围所需的训练次数更多,实际输出误差也会相对增大,但均在误差允许范围内。

关键词： CRTS Ⅱ板式无砟轨道离缝损伤有限元分析车辆-轨道耦合动力学动力影响 BP神经网络损伤识别

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层间离缝下车辆-CRTSⅡ型板式无砟轨道耦合系统动力特性研究

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石家庄铁道大学学报（自然科学版） 2024年第1期37卷 81-86,120页

作者：曹美雪王明生石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043

随着CRTSⅡ型板式无砟轨道结构服役时间的延长,层间离缝发生发展对轨道结构和行车安全的影响成为迫切需要解决的问题之一.为厘清不同程度的层间离缝对车辆-无砟轨道系统动力特性的影响程度,建立了考虑层间离缝的车辆-CRTSⅡ型轨道板的... 详细信息

随着CRTSⅡ型板式无砟轨道结构服役时间的延长,层间离缝发生发展对轨道结构和行车安全的影响成为迫切需要解决的问题之一.为厘清不同程度的层间离缝对车辆-无砟轨道系统动力特性的影响程度,建立了考虑层间离缝的车辆-CRTSⅡ型轨道板的耦合动力学模型,用ABAQUS和Simpack联合仿真,研究了不同尺寸的单一离缝以及多离缝不同位置组合对车辆及轨道结构动力响应的影响.结果表明,单一离缝横向深度和纵向长度分别在522 mm、1.275 m及以上时,离缝发展明显加快;多离缝的不同位置组合中板端与板边组合为最不利情况.研究结论为高速铁路轨道结构运维提供参考价值.

关键词： CRTSⅡ型板式无砟轨道离缝损伤刚柔耦合动力响应

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温度梯度荷载对CRTSⅡ型板式轨道层间损伤影响

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铁道工程学报 2022年第1期39卷 25-32页

作者：高建敏金忠凯赖思成西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 中国人民解放军第五七一九工厂成都611936

研究目的:为探明温度梯度荷载对砂浆层和轨道板层间连接的影响,建立包含层间内聚力模型的CRTSⅡ型板式轨道有限元模型,分析正、负温度梯度荷载对层间离缝产生、发展及对轨道结构变形的影响,对比两种温度梯度荷载的影响差别。研究结论:(1... 详细信息

研究目的:为探明温度梯度荷载对砂浆层和轨道板层间连接的影响,建立包含层间内聚力模型的CRTSⅡ型板式轨道有限元模型,分析正、负温度梯度荷载对层间离缝产生、发展及对轨道结构变形的影响,对比两种温度梯度荷载的影响差别。研究结论:(1)CRTSⅡ型板式轨道层间连接损伤区域和轨道结构变形均随温度梯度荷载的增加而增大,相同数值负温度梯度荷载引起的损伤更为严重;(2)当温度梯度荷载为-10~20℃/m时,其对层间损伤的影响甚微;(3)相同正温度梯度荷载作用下轨道板较砂浆层变形量更大,正温度梯度荷载作用下沿板边方向的轨道变形量较沿板中方向的大,而负温度梯度荷载作用下两者差别不大;(4)本研究成果可为高速铁路CRTSⅡ型板式轨道长期服役性能分析及其养修提供理论参考。

关键词： CRTSⅡ型板式轨道有限元分析温度梯度荷载离缝损伤损伤扩展

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CRTSⅢ型板式无砟轨道层间粘结与材料劣化损伤分析

CRTSⅢ型板式无砟轨道层间粘结与材料劣化损伤分析

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作者：王日吉中南大学

学位级别：硕士

层间脱粘离缝与混凝土材料劣化开裂是我国CRTS系列板式无砟轨道最为常见的两大损伤类型。为研究CRTSⅢ型板式无砟轨道层间脱粘与材料劣化损伤机理,本文采用层间内聚力模型、混凝土损伤塑性模型分别表征轨道板-自密实混凝土充填层层间粘... 详细信息

层间脱粘离缝与混凝土材料劣化开裂是我国CRTS系列板式无砟轨道最为常见的两大损伤类型。为研究CRTSⅢ型板式无砟轨道层间脱粘与材料劣化损伤机理,本文采用层间内聚力模型、混凝土损伤塑性模型分别表征轨道板-自密实混凝土充填层层间粘结属性与结构各层混凝土非线性本构关系,开展Ⅲ型板式轨道在温度梯度、自密实混凝土收缩与列车动荷载作用下的层间脱粘、材料劣化损伤萌生-扩展规律研究。主要研究工作及结论如下:(1)根据现有规范、文献试验数据确定了两种非线性损伤模型关键表达参数;建立了能同时考虑层间粘结属性、混凝土损伤塑性本构的轨道静力学模型与考虑材料非线性损伤的轨道动力学模型。(2)基于静力学损伤分析模型,进行温度梯度、自密实混凝土收缩及两者耦合作用下的轨道层间脱粘损伤分析。复合板粘结层层间脱粘受自密实混凝土收缩影响显著,常规自密实混凝土收缩与正温度梯度作用叠加可达到层间脱粘损伤起始条件。(3)基于静力学损伤分析模型,进行温度梯度、自密实混凝土收缩单独作用下的轨道结构塑性损伤分析;研究了正、负温度梯度对自密实混凝土收缩产生的初始损伤进一步扩展的影响。仅温度梯度与自密实混凝土收缩单独作用轨道结构尚未产生塑性损伤,正温度梯度对由自密实混凝土收缩产生的初始损伤起促进作用,而负温度梯度起抑制作用。(4)基于动力学损伤分析模型,研究层间离缝纵向扩展对结构材料劣化损伤产生与扩展、动力响应的影响。轨道板-自密实混凝土层间离缝易在轨道板离缝端部产生损伤萌生、累积。图94幅,表18个,参考文献111篇

关键词： CRTSⅢ型板式无砟轨道层间内聚力模型混凝土损伤塑性模型温度荷载界面脱粘失效离缝损伤

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