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服役条件下车-设备耦合的地铁车辆横向振动特性

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交通运输工程学报 2024年第4期24卷 161-170页

作者：文永蓬吴俊汉钟硕乔宗志祥周慧上海工程技术大学城市轨道交通学院上海201620 上海工程技术大学上海市轨道交通振动与噪声控制技术工程研究中心上海201620 上海地铁维护保障有限公司车辆分公司上海200235

为了降低车体的横向振动,提高长期服役过程中的地铁车辆乘坐舒适性,建立了含车下设备的地铁车辆横向动力学模型,调研了车辆行驶速度分布以及反映轮轨接触状态的等效锥度在服役条件下的动态变化规律,获得了车-设备耦合下的横向振动特性,... 详细信息

为了降低车体的横向振动,提高长期服役过程中的地铁车辆乘坐舒适性,建立了含车下设备的地铁车辆横向动力学模型,调研了车辆行驶速度分布以及反映轮轨接触状态的等效锥度在服役条件下的动态变化规律,获得了车-设备耦合下的横向振动特性,形成了车-设备耦合的车体横向减振参数设计方法。研究结果表明:地铁车辆的服役条件会随着车辆的行驶速度和等效锥度改变而动态改变,逐渐增大的轮轨接触等效锥度会导致车辆临界速度降低,加剧车辆的横向振动,横向振动的特征频率会随行驶速度和等效锥度的提高而线性增大,其数值集中在低频1~3 Hz范围;车体与设备在横向发生振动耦合时,设备的质量与弹性悬挂刚度存在最优匹配关系,选取合适的悬挂刚度能显著降低车体的横向振动,适当增加车下设备宽度和侧滚惯量,有助于降低车体的横向振动,为了抑制车-设备的横向振动,要重视横向悬挂刚度的选取,建议选取6.0×10^(4)N·m^(-1);车下设备与车体之间采用合适的弹性悬挂连接,让设备横向振动频率与车体的横向振动频率接近,利用车-设备的同频耦合振动,能够降低车体的横向振动,有利于车辆运行品质的提升。

关键词：车辆工程地铁车辆车下设备蛇行运动横向振动弹性悬挂耦合振动

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静风荷载下大跨斜拉桥上无缝线路受力与变形

振动与冲击 2024年第3期43卷 7-13页

作者：张鹏飞温月李兆泉华东交通大学铁路环境振动与噪声教育部工程研究中心南昌330013

大跨度斜拉桥在自然风场中易因自身柔度特性发生位移变形。为研究静风荷载作用下大跨斜拉桥上CRTS(China Railway Track System)双块式无砟轨道无缝线路桥梁及轨道结构在空间三向的力学性能分布规律,参照某一四线预应力混凝土斜拉桥工... 详细信息

大跨度斜拉桥在自然风场中易因自身柔度特性发生位移变形。为研究静风荷载作用下大跨斜拉桥上CRTS(China Railway Track System)双块式无砟轨道无缝线路桥梁及轨道结构在空间三向的力学性能分布规律,参照某一四线预应力混凝土斜拉桥工程实例,基于有限元法建立了大跨斜拉桥上无缝线路精细化空间耦合模型,分析了横桥向静风荷载作用下桥梁体系及桥上轨道结构的力学性能。分析结果表明:桥梁及桥上轨道结构三向(应)力最大值基本分布在斜拉桥跨中及边墩附近;各结构三向(应)力中,底座板、桥梁结构纵向应力峰值最大,约为横向应力峰值的8倍,约为竖向应力峰值的7倍、15倍,轨道板结构表现为横向应力峰值最大,且与其余两向应力峰值之间差距较小;各结构三向位移中,横向、竖向位移均在跨中及附近达到最大值,纵向位移在斜拉桥边墩附近达到最大值,其中,横向位移峰值是其余两向位移峰值的20余倍;桥梁两侧构件竖向、纵向位移方向相反,即桥梁表现为静风作用下的倾覆、弯曲倾向。研究成果可为风环境中大跨斜拉桥上线路设计、维护检修以及健康监测提供理论依据。

关键词：高速铁路大跨斜拉桥静风荷载桥上轨道结构

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科隆蛋扣件直线路段钢轨波磨形成机理研究

铁道科学与工程学报 2024年第9期21卷 3595-3607页

作者：汪梦寒顾晓菡王安斌上海工程技术大学城市轨道交通学院上海201620 上海轨道交通振动与噪声控制技术工程研究中心上海201620

为研究国内地铁科隆蛋扣件直线路段钢轨表面出现的短波长波磨现象,用CAT波磨仪测试钢轨波磨静态特征,通过力锤敲击法测试轨道结构的频率响应函数以及轮轴的模态特性。考虑簧下质量用ABAQUS软件建立轮轨耦合有限元模型,并基于此建立三维... 详细信息

为研究国内地铁科隆蛋扣件直线路段钢轨表面出现的短波长波磨现象,用CAT波磨仪测试钢轨波磨静态特征,通过力锤敲击法测试轨道结构的频率响应函数以及轮轴的模态特性。考虑簧下质量用ABAQUS软件建立轮轨耦合有限元模型,并基于此建立三维瞬态滚动有限元模型,分析轮轨耦合条件下轨道的模态特性以及轮轨瞬态滚动特性。基于轨道结构振动理论与瞬态滚动理论,分析轮轨耦合系统动态特性与钢轨波磨的相关性。研究结果表明:在直线路段左右轨钢轨磨损的程度几乎一致,钢轨波磨主要波长为30~40 mm,在运营车速为80 km/h的车速下波磨波长的通过频率为555~740 Hz;轮轨耦合系统在波磨波长通过频率范围内振动的模态振型主要表现为钢轨相对于轨道板的垂向弯曲振动;在25~50mm短波长凹坑的激励下轮轨垂向力差值显著频率和轮轨耦合系统的垂向弯曲振动频率与波磨波长通过频率相吻合,钢轨波磨的产生与该路段钢轨的垂向Pinned-Pinned频率关系不大,主要是轮轨耦合系统570~710 Hz内钢轨的垂向中高频固有特性被钢轨表面损伤激发导致的。轨道结构波磨的产生主要与轨道结构中高频固有特性相关,轮轨耦合中高频模态特征被激发是诱发和加剧钢轨波磨发展的根本原因。研究成果可为解释科隆蛋扣件直线路段钢轨波磨的形成奠定有关理论基础。

关键词：科隆蛋扣件钢轨波磨轮轨耦合动态特性凹坑激励中高频模态

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自适应麻雀搜索算法的太阳轮故障诊断研究

机械设计与制造 2024年第1期395卷 61-64,69页

作者：侯宇祥陈长征沈阳工业大学机械工程学院辽宁沈阳110870 辽宁省振动噪声控制工程技术研究中心辽宁沈阳110870

大型双馈式风电机组齿轮箱的一级太阳轮由于转矩过大,极易损坏;转频过低,故障特征难以提取。为解决这一问题,基于风电机组齿轮箱太阳轮的振动信号的非平稳性与周期性,提出了一种基于麻雀搜索算法与自适应变分模态分解方法相结合,利用峭... 详细信息

大型双馈式风电机组齿轮箱的一级太阳轮由于转矩过大,极易损坏;转频过低,故障特征难以提取。为解决这一问题,基于风电机组齿轮箱太阳轮的振动信号的非平稳性与周期性,提出了一种基于麻雀搜索算法与自适应变分模态分解方法相结合,利用峭度加权来对适应度函数值求解。通过麻雀搜索算法自适应寻找变分模式分解的最优参数;采用最优参数进行变分模态分解并利用互相关系数选取模态分量;最后,对选取的分量进行包络解调,通过包络谱识别太阳轮故障。通过模拟仿真以及试验信号验证,验证了该方法的有效性与故障辨识能力。

关键词：太阳轮麻雀搜索算法变分模态分解故障诊断

结合CNN与TCN神经网络的滚动轴承寿命预测

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机械设计与制造 2024年第8期402卷 160-165页

作者：孙丹铭陈长征孙业彭沈阳工业大学机械工程学院辽宁沈阳110870 辽宁振动噪声控制工程技术研制中心辽宁沈阳110870

针对滚动轴承振动信号特征提取不充分、过于依赖人工特征提取及预测精度低等问题,提出了CNN-TCN-Attention网络模型预测方法。该方法选取滚动轴承振动信号作为输入通过增强顶帽算子(EAVGH)对信号进行特征增强,运用卷积神经网络(CNN)来... 详细信息

针对滚动轴承振动信号特征提取不充分、过于依赖人工特征提取及预测精度低等问题,提出了CNN-TCN-Attention网络模型预测方法。该方法选取滚动轴承振动信号作为输入通过增强顶帽算子(EAVGH)对信号进行特征增强,运用卷积神经网络(CNN)来提取信号中的深层特征,并构建TCN-Attention模型对滚动轴承剩余寿命进行预测。将注意力机制与时间卷积网络相结合可以有效的提高模型预测精度,通过轴承寿命实验数据进行验证,CNN-TCN-Attention预测模型能有效的提取滚动轴承振动信号中的深层特征,并且具有较高的预测精度。

关键词：增强形态顶帽变换注意力机制时间卷积网络寿命预测

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考虑滚动噪声的地铁波磨打磨限值评估方法

振动．测试与诊断 2024年第1期44卷 100-106,200页

作者：周月文永蓬王向阳宗志祥吴俊汉上海工程技术大学城市轨道交通学院上海201620 西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 上海工程技术大学上海市轨道交通振动与噪声控制技术工程研究中心上海201620 上海地铁维护保障有限公司车辆分公司上海200235

钢轨打磨能有效抑制波磨的发展,目前的打磨限值制定标准主要以车辆运行平稳性和行车安全性为依据,对影响环境线路的轮轨滚动噪声重视不足。为了获取服役条件下轮轨滚动噪声约束的地铁波磨打磨限值,根据对某地铁线路噪声段波磨情况的调查... 详细信息

钢轨打磨能有效抑制波磨的发展,目前的打磨限值制定标准主要以车辆运行平稳性和行车安全性为依据,对影响环境线路的轮轨滚动噪声重视不足。为了获取服役条件下轮轨滚动噪声约束的地铁波磨打磨限值,根据对某地铁线路噪声段波磨情况的调查,建立了地铁波磨打磨限值综合评估模型。模型中将连续谐波模拟钢轨波磨作为系统输入,根据车辆-轨道耦合动力学理论以及轮轨接触关系确定轮轨动作用力和轮轨表面粗糙度之间的关系,分析获取了车辆-轨道耦合系统的振动响应和轮轨滚动噪声,指出了轮轨动作用力、轮重减载率和轮轨滚动噪声声压级3个指标对地铁线路钢轨波磨打磨限值的影响,进而形成了融合轮轨滚动噪声的地铁波磨打磨限值评估方法。结果表明:考虑轮轨滚动噪声影响的钢轨波磨打磨限值评估,不仅满足车辆运行平稳性和行车安全性的要求,而且保证地铁沿线噪声处于合理范围;基于轮轨滚动噪声对钢轨波磨最为敏感的特性,综合评估地铁波磨打磨限值,提高了载重变化时的车辆运行平稳性。

关键词：波磨车辆-轨道耦合轮轨动态作用滚动噪声打磨限值

轴箱内置地铁车辆在小半径曲线上的运行稳定性研究

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振动与冲击 2024年第18期43卷 121-130,144页

作者：霍子伟文永蓬钟硕乔涂春云楼博臻上海工程技术大学城市轨道交通学院上海201620 上海市轨道交通振动与噪声控制技术工程研究中心上海201620 西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室成都610031

轨道车辆技术的发展对转向架轻量化提出了更高的要求,采用轴箱内置转向架技术实现轻量化将是我国未来轨道车辆发展的重要手段之一。为了提升轴箱内置地铁车辆在曲线轨道上的运行稳定性,针对地铁小半径曲线多、曲线过渡段短的特点,建立... 详细信息

轨道车辆技术的发展对转向架轻量化提出了更高的要求,采用轴箱内置转向架技术实现轻量化将是我国未来轨道车辆发展的重要手段之一。为了提升轴箱内置地铁车辆在曲线轨道上的运行稳定性,针对地铁小半径曲线多、曲线过渡段短的特点,建立了采用内置轴箱的地铁车辆曲线轨道通过动力学模型;针对不同轴箱布置方式,对比分析了地铁车辆在曲线运行时的特性,并探讨了一系纵向刚度对轴箱内置地铁车辆运行稳定性的影响;进一步解决轴箱内置地铁车辆的曲线通过性和运行稳定性的矛盾,指出了安装抗蛇行减振器的必要性。研究结果表明:与轴箱外置地铁车辆相比,轴箱内置地铁车辆在曲线轨道上具有较好的曲线通过能力,但运行稳定性较差;安装抗蛇行减振器并选取适当的一系纵向刚度,能够解决轴箱内置地铁车辆在曲线通过时容易失稳的问题。论文工作对于发展轴箱内置转向架技术、实现转向架轻量化具有重要的参考价值。

关键词：地铁车辆轴箱内置转向架小半径曲线运行稳定性一系纵向刚度抗蛇行减振器

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大型远洋客船振动舒适性精细化预报研究

中国造船 2024年第2期65卷 37-50页

作者：吴文伟杨智雄何涛吴健殷学文中国船舶科学研究中心船舶振动噪声重点实验室无锡214082 深海技术科学太湖实验室无锡214082

针对某型国产大型远洋客船,基于Abaqus软件建立船体-水体有限元流固耦合振动模型,实现全船主柴油机、大型辅机及住舱附近设备激励源的加载;采用振动传递路径分析方法,开展全船振动舒适性精细化预报和评估;统计评估设备激励下远洋客船的... 详细信息

针对某型国产大型远洋客船,基于Abaqus软件建立船体-水体有限元流固耦合振动模型,实现全船主柴油机、大型辅机及住舱附近设备激励源的加载;采用振动传递路径分析方法,开展全船振动舒适性精细化预报和评估;统计评估设备激励下远洋客船的振动响应水平,定量比较不同设备的振动贡献度,系统分析主柴油机振动及螺旋桨脉动压力激励下的振动传递特性。研究结果表明:主柴油机振动及螺旋桨脉动压力激励是影响全船振动舒适性的最主要因素;上层建筑空调系统和通风系统的风机设备对附近住舱振动响应的贡献度较大而不可忽略。除主柴油机振动及艉部脉动压力激励外,还考虑了机舱大型辅机及上层建筑舱室附近设备激励对全船舱室振动响应影响,提高了全船振动舒适性预报精度,具有一定的工程应用价值,相关研究结论可为实船的工程建造和振动噪声控制提供技术支撑。

关键词：大型远洋客船有限元分析传递路径分析振动舒适性精细化预报

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呆木局部分离涡被动控制试验研究

中国造船 2024年第2期65卷 102-111页

作者：曹彦涛徐良浩彭晓星中国船舶科学研究中心船舶振动噪声重点实验室无锡214082 深海技术科学太湖实验室无锡214082

针对呆木局部分离涡控制的需求,构建了具有典型呆木结构特征的简化船体模型,并提出了半圆形和三角形两种局部分离涡控制方案。在空泡水筒中试验观察原方案和加装两种形式控制单元后呆木局部分离涡的空化形态。结果显示:两种结构形式的... 详细信息

针对呆木局部分离涡控制的需求,构建了具有典型呆木结构特征的简化船体模型,并提出了半圆形和三角形两种局部分离涡控制方案。在空泡水筒中试验观察原方案和加装两种形式控制单元后呆木局部分离涡的空化形态。结果显示:两种结构形式的控制单元对呆木局部分离涡均具有抑制效果,呆木分离涡的强度和向下游延伸的距离显著减小;在同样条件下,三角形控制单元的抑制效果更强。试验研究可为工程中有关控制方案的制定提供依据。

关键词：呆木局部分离涡被动控制试验研究