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基于过桥车辆响应的遗传算法桥梁损伤识别

振动．测试与诊断 2018年第4期38卷 696-703页

作者：毛云霄王英杰肖军华时瑾北京交通大学土木建筑工程学院北京100044 北京交通大学轨道工程北京市重点实验室北京100044 同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804

在考虑线路不平顺的基础上建立了移动车辆过桥的有限元模型,基于移动车辆动力响应采用遗传算法(genetic algorithm,简称GA)实现了桥梁结构不同损伤状态的识别。以桥梁损伤位置和损伤程度作为识别因子,首先,利用GA算法生成不同桥梁损伤状... 详细信息

在考虑线路不平顺的基础上建立了移动车辆过桥的有限元模型,基于移动车辆动力响应采用遗传算法(genetic algorithm,简称GA)实现了桥梁结构不同损伤状态的识别。以桥梁损伤位置和损伤程度作为识别因子,首先,利用GA算法生成不同桥梁损伤状态;其次,采用有限元车桥模型分别计算不同状态下的车辆动力响应作为分析数据;最后,采用模拟实测数据与分析数据构建目标函数进行识别。针对不同损伤工况进行多次独立重复计算,选用成功率及首次出现最优解平均迭代代数分析GA算法识别效率。研究发现:GA算法能以较高效率实现桥梁单目标和多目标损伤的识别;识别过程中搜索空间大小对GA算法识别效率影响较大;GA算法对桥梁跨中及3/4跨位置的损伤识别结果较桥梁端部更为稳定。

关键词：车桥系统车辆响应损伤识别遗传算法

使用深度学习基于轨道不平顺估计高速铁路车辆响应的研究

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使用深度学习基于轨道不平顺估计高速铁路车辆响应的研究

作者：江洁北京交通大学

学位级别：硕士

轨道的平顺状态影响着高速铁路上列车的安全行驶和乘客的平稳舒适性,科学评价轨道质量对保持轨道健康状态和保障列车安全运营意义突出。目前基于轨道几何幅值的轨道质量评价方法无法准确反映车辆响应状态,且难以寻找由复合轨道病害引起... 详细信息

轨道的平顺状态影响着高速铁路上列车的安全行驶和乘客的平稳舒适性,科学评价轨道质量对保持轨道健康状态和保障列车安全运营意义突出。目前基于轨道几何幅值的轨道质量评价方法无法准确反映车辆响应状态,且难以寻找由复合轨道病害引起不良车辆响应的区段。因此,建立高效的车辆响应估计模型,利用轨道不平顺估计车辆响应以辅助评价轨道状态的研究具有重要意义。本论文基于深度学习技术建立了高速铁路车辆响应估计模型,实现了基于轨道不平顺估计车体加速度、轮轨力和轮重减载率。研究工作主要包含:(1)分析了轨道不平顺与车辆响应的相互关联关系。基于高速铁路上轨道不平顺与车辆响应的实测与仿真数据,采用相干函数分析轨道不平顺与车辆响应的相干性显著波长段。在数据预处理部分,基于小波分解和重构理论滤除了实测数据2m以下波长成分。(2)提出了CA-CNN-MUSE(Coordinate Attention-Convolutional Neural Networks-Multi-Scale Attention)车辆响应估计模型,实现了基于轨道不平顺估计车体加速度、轮轨力和轮重减载率。该模型利用卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)学习轨道不平顺的不同波长特征;并在CNN中引入坐标注意力(Coordinate Attention,CA)关注重要通道维度和关键区段位置;同时使用由多头自注意力机制和深度可分离卷积组成的多尺度注意力(Multi-Scale Attention,MUSE)分别提取不同尺度的序列特征以并行捕获序列的长期趋势和短期趋势。实验结果表明:在实测-仿真数据集上,该模型与长短时记忆网络(Long Short-Term Memory,LSTM)相比,相关系数提升了10.42%;与CNN-LSTM相比,相关系数提升了4.69%。(3)基于SE5 AI平台进行了CA-CNN-MUSE车辆响应估计算法的移植。实验结果表明:CA-CNN-MUSE模型在SE5 AI平台的估算准确度与GPU平台相同。

关键词：轨道不平顺车辆响应相干性卷积神经网络多尺度注意力长短时记忆网络

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基于车辆动力学响应特征的越野地面分类方法

汽车工程 2022年第6期44卷 909-918页

作者：赵健李雅欣佟静朱冰武维祥孙博华韩嘉懿吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室长春130022 上海捷能汽车技术有限公司上海201804

利用车辆动力学响应进行地面分类是越野智能汽车的关键技术之一。本文中提出了结合地面不平整度特征和力学特征进行越野地面分类的方法,对沙地、土路、水泥路和雪地进行分类。本方法中选取等效地面轮廓和车身垂向加速度作为地面不平整... 详细信息

利用车辆动力学响应进行地面分类是越野智能汽车的关键技术之一。本文中提出了结合地面不平整度特征和力学特征进行越野地面分类的方法,对沙地、土路、水泥路和雪地进行分类。本方法中选取等效地面轮廓和车身垂向加速度作为地面不平整度特征,选取行驶阻力和轮速波动作为力学特征,设计了基于LSTM模型的越野地面分类器,对自行采集的车辆越野行驶数据集进行训练与测试,结果表明,分类正确率达到95.5%;最后,使用HMM模型实现了分类后处理,解决了分类结果在连续数据上跳变的问题,使该算法在连续越野数据上的地面分类正确率从88.44%提高到90.13%。

关键词：越野地面地面分类分类后处理车辆响应机器学习

朔黄铁路基于车辆动力响应的轨道状态评估方法研究

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铁道建筑 2022年第8期62卷 54-57页

作者：马帅刘秀波中国铁道科学研究院集团有限公司基础设施检测研究所北京100081

基于轨道几何检测数据和动力学仿真模型计算的轮轨力、车体加速度等动力响应数据,首先利用相干函数分析轨道几何与车辆响应的相关性,然后利用深度学习中的长短时记忆网络建立预测模型,自动学习轨道几何与车辆响应的复杂关系,最后利用模... 详细信息

基于轨道几何检测数据和动力学仿真模型计算的轮轨力、车体加速度等动力响应数据,首先利用相干函数分析轨道几何与车辆响应的相关性,然后利用深度学习中的长短时记忆网络建立预测模型,自动学习轨道几何与车辆响应的复杂关系,最后利用模型预测的车辆响应来识别轨道病害和评估轨道状态。结果表明:车体加速度、轮重减载率、脱轨系数主要与高低、轨向、超高的相关性显著;预测模型能够有效预测货车动力响应,预测值与仿真值的相关系数在0.8以上,为强相关;预测模型能够有效识别一些轨道几何不超限、但车辆响应超限的轨道几何隐形病害,实现基于车辆响应评估轨道状态。

关键词：重载铁路轨道状态车辆响应病害识别评估方法长短时记忆网络模型

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基于车辆响应的路面不平度识别方法

吉林大学学报（工学版） 2019年第6期49卷 1810-1817页

作者：李杰郭文翠赵旗谷盛丰吉林大学汽车仿真与控制国家重点实验室

针对路面不平度识别的问题,研究了基于车辆响应的NARX神经网络识别方法及其适用性。建立了汽车振动系统4自由度平面模型,通过仿真获得车辆响应和车轮路面不平度。对于NARX神经网络及其应用选择、输入方案优化和评价指标进行了研究,提出... 详细信息

针对路面不平度识别的问题,研究了基于车辆响应的NARX神经网络识别方法及其适用性。建立了汽车振动系统4自由度平面模型,通过仿真获得车辆响应和车轮路面不平度。对于NARX神经网络及其应用选择、输入方案优化和评价指标进行了研究,提出了车辆响应选择和组合优化的解决方案。采用NARX神经网络识别了常用的B级路面和车速为60 km/h下某轿车的前轮路面不平度,其相关系数和均方根误差分别达到96.75%和0.0033。考虑了训练采样点数、车辆响应随机噪声、车速和路面等级的变化对训练完成的NARX神经网络效果的影响,说明了基于车辆响应识别路面不平度的NARX神经网络方法的适用性。研究结果表明,采用正交试验设计确定NARX神经网络优化输入方案和基于车辆响应识别路面不平度取得了满意的结果,两者具有良好的适用性。

关键词：车辆工程路面不平度识别车辆响应 NARX神经网络

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基于轮胎稳态和瞬态特性的车辆响应研究

橡胶工业 2020年第7期67卷 495-501页

作者：李雪莉张元伟邱海漩上海汽车集团股份有限公司上海201802

分析中低频下轮胎稳态和瞬态特性,建立有较高精度的三自由度车辆模型,研究轮胎稳态和瞬态特性与整车响应的关系。结果表明:轮胎侧向因子对整车稳态和瞬态响应均有较大影响;轮胎瞬态特性主要影响车辆的振动倾向和响应快慢;车辆的精准控... 详细信息

分析中低频下轮胎稳态和瞬态特性,建立有较高精度的三自由度车辆模型,研究轮胎稳态和瞬态特性与整车响应的关系。结果表明:轮胎侧向因子对整车稳态和瞬态响应均有较大影响;轮胎瞬态特性主要影响车辆的振动倾向和响应快慢;车辆的精准控制要求谐振频率高、通频带宽、谐振峰水平低和相位滞后角较小。本研究结果有助于进一步探索轮胎性能的有效控制,在提高车辆品质的同时,降低轮胎开发轮次和成本。

关键词：车辆响应轮胎稳态特性轮胎瞬态特性三自由度车辆模型轮胎松弛长度

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移动车辆响应估计桥梁结构状态研究

中文科技期刊数据库（引文版）工程技术 2023年第7期 0115-0120页

作者：唐国英凉山州交通运输局四川凉山615050

随着社会的不断进步,桥梁已成为道路交通中十分重要的组成部分,而桥梁在建设和运营阶段会一直遭受环境,人类等的负面影响,导致其结构发生损伤,导致承载能力下降。为保证桥梁正常服役,避免出现因突然损伤造成破坏的情况发生,对其进行健... 详细信息

随着社会的不断进步,桥梁已成为道路交通中十分重要的组成部分,而桥梁在建设和运营阶段会一直遭受环境,人类等的负面影响,导致其结构发生损伤,导致承载能力下降。为保证桥梁正常服役,避免出现因突然损伤造成破坏的情况发生,对其进行健康监测是十分必要的。传统[1]的桥梁检测方式是通过在桥梁上安装传感器,成本昂贵、耗时长、阻碍交通等,本文在Yang提出间接测量法的基础之上,通过将传感器安装在车辆上,在车辆通过桥梁时获得车辆的响应信息,在移动车辆的加速度响应信号中提取出与桥梁相关的响应,再对响应数据对其进行分析、处理得到桥梁模态信息,得到与桥梁损伤相关的估计指标,利用该指标对桥梁结构状态进行估计。并通过数值初步验证该种估计方法的可行性,相比于传统检测方式,该方法不用在桥梁上安装传感器,更加的安全,经济,便捷。

关键词：车辆响应损伤定位振型曲率状态估计

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基于车辆动力响应的梁式桥损伤识别研究

基于车辆动力响应的梁式桥损伤识别研究

作者：何健合肥工业大学

学位级别：硕士

基于振动的桥梁结构损伤识别技术是当前桥梁结构健康监测领域中的热点,其基本原理是损伤会导致结构的自振频率、振型和模态阻尼比等参数发生改变,通过模态参数的改变可识别损伤的位置及程度。其中基于模态振型曲率变化的损伤识别具有原... 详细信息

基于振动的桥梁结构损伤识别技术是当前桥梁结构健康监测领域中的热点,其基本原理是损伤会导致结构的自振频率、振型和模态阻尼比等参数发生改变,通过模态参数的改变可识别损伤的位置及程度。其中基于模态振型曲率变化的损伤识别具有原理简单、结果直观和效率较高的优点,但对高空间分辨率振型的需求,中心差分法导致的低抗噪性和难以定量损伤的缺点极大限制了其应用范围。本文利用从移动车辆的动力响应中识别的高空间分辨率振型,采用定位-定量两阶段策略识别损伤。首先基于区域振型曲率差建立了损伤定位指标,识别出损伤数量及位置;然后采用有限元模型建立损伤方程组对已经定位的损伤区域进行损伤程度估计;最后通过实验验证所提出的损伤识别方法。本文研究内容如下:(1)通过理论推导建立了簧上质量块车桥耦合振动有限元模型。采用带通滤波器和希尔伯特变换,从车辆的动力响应中识别桥梁模态振型,并通过数值算例研究了不同因素如车速、随机车流等对振型识别精度的影响。为后续基于车辆响应的梁式桥的损伤识别奠定基础。(2)充分利用从车辆响应识别出的振型具有较高空间分辨率特点,定义区域振型曲率的概念和相应的损伤定位指标,并将其应用于梁式桥损伤定位。数值算例表明该损伤定位指标在单损伤及多损伤工况下的定位效果良好。研究了噪音、路面粗糙等条件下的定位效果。(3)通过损伤定位指标确定损伤位置后,利用有限元模型,建立损伤程度与区域振型曲率改变量之间的关系,进一步结合区域振型曲率实测值,形成损伤方程组,估计损伤程度。数值算例表明,该损伤方程能有效估计单损伤和双损伤的程度。(4)制作测试车辆和简支梁桥的实验模型,通过在测试小车上安装传感器获取其过桥时的加速度响应,识别桥梁振型。模型实验对本文提出的损伤识别方法进行了验证,结果表明该方法有效。

关键词：损伤识别车辆响应振型识别区域振型曲率

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基于车辆响应的连续梁桥损伤检测

基于车辆响应的连续梁桥损伤检测

作者：唐一瑞郑州大学

学位级别：硕士

近年来,为了保证桥梁结构安全,桥梁损伤检测和健康检测已成为热门研究方向。在过去二十年里,桥梁损伤检测多通过桥梁静(动)力响应识别桥梁损伤,但存在需要布置大量传感器以及检测中封闭桥梁等问题。为此,本文提出了基于车辆响应的连续... 详细信息

近年来,为了保证桥梁结构安全,桥梁损伤检测和健康检测已成为热门研究方向。在过去二十年里,桥梁损伤检测多通过桥梁静(动)力响应识别桥梁损伤,但存在需要布置大量传感器以及检测中封闭桥梁等问题。为此,本文提出了基于车辆响应的连续梁桥损伤检测方法,并且对损伤程度进行判定,主要研究内容如下:(1)以车桥耦合振动响应方程为基础,建立了车辆-桥梁耦合振动有限元分析计算方法,并利用前人计算数据验证了算法的正确性。(2)对新建桥梁,提出了基于桥梁健康数据的连续梁桥损伤识别方法。依据桥梁损伤前后的车体加速度响应,对损伤前后车体加速度响应差进行离散小波变换,利用极大值逐次逼近方法(即MSAA方法)对小波变换系数进行处理,可准确识别损伤位置。并对检测车车重、车速、路面粗糙度、桥梁不同跨径布置、噪声等影响因素进行了深入分析,提高了方法的适用性。(3)针对没有完好状态数据的老旧桥梁,提出了基于激励差的连续梁桥损伤识别方法。让不同配重的车辆系统在当前连续梁桥上先后行驶两次,对两次检测中车体加速度响应差进行离散小波变换,利用极大值逐次逼近方法(即MSAA方法)对小波变换系数进行处理,可准确识别损伤位置。并对检测车车重、车速、路面粗糙度、桥梁不同跨径布置、牵引车配重等影响因素进行了深入分析,验证了方法的适用性。(4)在确定损伤位置后,针对所提出的两种桥梁损伤识别方法,提出了基于健康数据的损伤程度判定和基于激励差的损伤程度判定方法,以桥梁挠度和桥梁挠度差为基础,提出了损伤程度指标D和E,以及损伤程度函数S(D)和S(E),据此可判定桥梁损伤程度,损伤程度判定误差基本满足要求。所提出的损伤程度判定方法适用于不同桥梁跨径组合的连续梁桥,其中基于健康数据的损伤程度判定方法具有较好的鲁棒性。

关键词：连续梁桥车桥耦合系统车辆响应损伤识别损伤程度指标噪声