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动车组前端排雪动态响应及雪阻形成机理

中南大学学报（自然科学版） 2024年第5期55卷 1900-1911页

作者：王中钢邓迎澳赵一鸣袁可申路民中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075 湖南工学院智能制造与机械工程学院湖南衡阳421002

为确定动车组前端雪体与排雪阻力间的作用关系,指导积雪加载下动车组高效排雪设计。运用耦合Drucker−Prager失效准则定义下弹塑性积雪本构和光滑粒子流体力学仿真方法,分析积雪冲击时排障面板动态响应及积雪运动状态规律,研究排雪阻力... 详细信息

为确定动车组前端雪体与排雪阻力间的作用关系,指导积雪加载下动车组高效排雪设计。运用耦合Drucker−Prager失效准则定义下弹塑性积雪本构和光滑粒子流体力学仿真方法,分析积雪冲击时排障面板动态响应及积雪运动状态规律,研究排雪阻力与积雪深度、雪质特性、运行边界间变化规律。基于质量守恒和达朗贝尔原理构建动车组排雪阻力映射模型,揭示动车组前端雪阻形成机理。研究结果表明:设计运行速度下承受排雪载荷的排障面板处于弹性响应阶段,不会发生塑性破坏;排雪深度为10~410 mm、积雪密度为160~480 kg/m^(3)、行驶速度为80~160 km/h时,排雪阻力与积雪厚度、密度均呈线性正相关关系,与排雪速度呈二次正相关关系;排雪阻力理论模型能够准确预测数值计算结果;相比摩擦阻力和切削阻力,动车组冲击过程中积雪运动状态改变是排雪阻力形成的主要原因。

关键词：动车组排障面板排雪阻力动态响应

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越南铁路及机车车辆的现状及展望

铁道标准设计 2024年

作者：樊子暄丁军君 CHIEN V T 吕涵李芾西南交通大学机械工程学院交通与运输大学机械工程学院

随着“一带一路”倡议的不断推进，中国与东南亚国家在铁路技术方面的联系越发密切。本文对越南铁路线路和机车车辆的技术指标、面临的挑战进行了介绍和思考。历经140余年的发展，越南铁路形成了以七条干线为主，总长约3?200?km的铁路... 详细信息

随着“一带一路”倡议的不断推进，中国与东南亚国家在铁路技术方面的联系越发密切。本文对越南铁路线路和机车车辆的技术指标、面临的挑战进行了介绍和思考。历经140余年的发展，越南铁路形成了以七条干线为主，总长约3?200?km的铁路网，其中共有2?500?km米轨线路、500?km准轨线路及200?km混合轨线路。目前共有383?辆机车以及6?094?辆各式车辆，其中机车大部分依靠进口，少量为本土生产，车辆绝大部分为本土生产。越南铁路技术标准与中国铁路标准相近，铁路系统较为完善，但由于长久以来缺乏足够重视及专业维护，导致越南铁路普遍存在钢轨磨损严重、线路条件较差、曲线过多、轮对磨耗严重等问题，制约了越南铁路的发展。越南交通部最新的发展规划中将有2?400?000?亿越南盾的新铁路项目，包括对2?440?km既有铁路线路的维护及新规划的9?条线路建设，将使越南铁路产生巨大变化。中越铁路连接已有百年历史，有良好的合作基础，在“一带一路”迅速发展的当下，应充分关注中越铁路轨距不同、运营环境不同等问题，进一步加强中越双方在铁路技术、机车车辆、铁路标准方面的合作，为中越铁路的建设与发展提供强而有力的支持。

关键词：越南铁路米轨铁路机车车辆线路条件线路标准发展规划

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基于机器学习的工业机器人多目标轨迹规划

现代制造工程 2024年第2期 31-37页

作者：张学聪晁永生李纯艳周江林新疆大学机械工程学院乌鲁木齐830017 新疆大学交通运输工程学院乌鲁木齐830017

为满足机器人工作轨迹的多样化需求,以时间、能量及冲击为优化目标提出了一种新的多目标麻雀搜索算法,用于寻找机器人的最优轨迹。首先,通过7次B样条插值方法构造关节空间轨迹,以此确立多目标综合最优轨迹规划模型。其次,采用违反约束... 详细信息

为满足机器人工作轨迹的多样化需求,以时间、能量及冲击为优化目标提出了一种新的多目标麻雀搜索算法,用于寻找机器人的最优轨迹。首先,通过7次B样条插值方法构造关节空间轨迹,以此确立多目标综合最优轨迹规划模型。其次,采用违反约束度计算、非支配排序以及精英保留来改进麻雀搜索算法,使其能够处理机器人多目标轨迹规划问题。最后,用袋装树分类算法对随机种群内数据进行了筛选,并搭建5层BP神经网络来替代改进多目标麻雀搜索算法中适应度值的数值计算部分,从而提高算法求解效率。通过MATLAB仿真与实验证明了该算法优化所得轨迹的可行性及有效性。

关键词：工业机器人轨迹规划机器学习麻雀搜索算法多目标优化

基于改进堆叠顺序表法的变厚度复合结构铺层序列优化设计

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机械工程学报 2024年

作者：彭翔陈轲楠王明博易兵李吉泉姜少飞浙江工业大学机械工程学院浙江工业大学台州研究院中南大学交通运输工程学院

变厚度复合结构通过在不同厚度区域进行铺层序列优化实现变刚度设计，针对现有的铺层序列优化方法中存在的制造因素考虑不足、铺层序列生成随机性大等问题，提出了一种基于改进堆叠顺序表法的变厚度复合结构铺层序列优化设计方法。建立... 详细信息

变厚度复合结构通过在不同厚度区域进行铺层序列优化实现变刚度设计，针对现有的铺层序列优化方法中存在的制造因素考虑不足、铺层序列生成随机性大等问题，提出了一种基于改进堆叠顺序表法的变厚度复合结构铺层序列优化设计方法。建立了一种改进的堆叠顺序表，使用各子区域铺层厚度、最薄子区域的铺层序列、铺层插入位置、铺层插入角度4个变量进行变厚度复合结构铺层序列的参数化表征；构建了考虑制造约束的变厚度复合结构铺层序列优化算法，通过最薄子区域铺层序列优化、最薄子区域到最厚子区域的铺层序列自动生成及优化，基于遗传算法进行了变厚度铺层序列的优化求解，实现了考虑制造约束的轻量化设计。应用于经典的18面板马蹄形复合结构的铺层序列优化，与已有方法结果相比，实现了考虑更多制造约束的多区域铺层序列优化设计，总重量降低到28.31 kg，验证了方法的有效性。

关键词：复合结构变厚度铺层序列优化设计

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警告刺激对驾驶员接管性能的影响机理研究

交通运输系统工程与信息 2024年第1期24卷 106-114页

作者：王丹林业天津科技大学机械工程学院天津300457

为研究不同模态警告刺激对接管性能的影响机理,本文重点关注在不同非驾驶相关任务和触发场景下,单一模态和双模态警告刺激对驾驶员的预警效果。搭建不同警告刺激下,驾驶员接管车辆控制权的台架试验,采集49名驾驶员的眼动数据与车辆数据... 详细信息

为研究不同模态警告刺激对接管性能的影响机理,本文重点关注在不同非驾驶相关任务和触发场景下,单一模态和双模态警告刺激对驾驶员的预警效果。搭建不同警告刺激下,驾驶员接管车辆控制权的台架试验,采集49名驾驶员的眼动数据与车辆数据,并开展显著性影响分析。研究结果表明,警告类型对接管时间和首次注视时间有显著影响,从事非驾驶相关任务对驾驶员的接管时间产生负面影响,双模态警告刺激的首次注视时间低于单一模态的首次注视时间。在视觉和触觉警告刺激下,非驾驶相关任务下的最大横向加速度为0.36 m·s^(-2),监控任务下为0.34 m·s^(-2),相对其他警告刺激,横向加速度最小,车辆接管更稳定,接管质量最高。双模态警告刺激的横摆角整体小于单一模态警告刺激,车辆更加稳定,而在单一模态警告刺激下,视觉警告刺激的最大横向加速度为0.45 m·s^(-2),相对其他警告刺激,横向加速度最大,接管绩效最差。不同模态警告刺激对接管方式无显著影响。双模态的警告刺激类型相较于单一模态而言,更加依赖于多种感官效果,提供更全面和更准确的警示信息,特别是与驾驶员身体接触的触觉振动警告方式。

关键词：智能交通警告刺激双因素方差分析人机接管眼动数据车辆动力学

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轻质隔声夹层板结构声振耦合拓扑优化

中南大学学报（自然科学版） 2024年第6期55卷 2273-2285页

作者：徐娇胡捷姚松李家春陶猛曹文康贵州大学机械工程学院贵州贵阳550025 贵州大学现代制造技术教育部重点实验室贵州贵阳550025 中南大学交通运输工程学院轨道交通安全教育部重点实验室湖南长沙410075

为了满足夹层板结构轻质及隔声性能优化需求,提出了一种基于线性材料插值模型的三场浮动投影动力学拓扑优化方法,进行夹层板结构声振耦合拓扑优化设计。首先,结合混合位移/声压(u/p)有限元格式和线性材料插值模型,解决多场耦合界面依赖... 详细信息

为了满足夹层板结构轻质及隔声性能优化需求,提出了一种基于线性材料插值模型的三场浮动投影动力学拓扑优化方法,进行夹层板结构声振耦合拓扑优化设计。首先,结合混合位移/声压(u/p)有限元格式和线性材料插值模型,解决多场耦合界面依赖性问题和低密度区域局部模态问题;其次,面向三维轻质夹层板结构声振耦合特性,建立以隔声性能最大化为目标,轻量化体积分数为约束的优化范式;第三,依托阻抗管隔声性能试验场景,对三维夹层板结构有限元数值模型进行拓扑优化设计,并结合阻抗管试验验证方法的准确性和有效性;最后,将所得优化构型与常见夹层板构型的隔声性能进行对比。研究结果表明:采用所提方法可获得性能优越的新颖拓扑构型,1100~1300 Hz优化目标频段对应的优化目标隔声性能即传声损失总值从197.62 dB提升到205.09 dB,且数值仿真结果与试验结果吻合良好。在结构同等质量下,优化目标频段拓扑构型的隔声量性能优于常见开孔/闭孔矩形蜂窝状、蜘蛛网状夹层板结构的隔声量性能。

关键词：轻质夹层板结构声振耦合拓扑优化浮动投影函数隔声性能阻抗管隔声试验

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基于区间二型模糊逻辑的制动防抱死控制

交通运输工程学报 2024年第3期24卷 238-250页

作者：王骏骋吕林峰王法慧浙江理工大学机械工程学院浙江杭州310018

针对传统模糊逻辑制动防抱死控制抗干扰能力较弱,在面对不同路面附着系数及理想滑移率时滑移率控制效果较差的问题,提出了一种区间二型模糊逻辑制动防抱死控制系统和方法;控制系统以滑移率误差为输入,利用区间二型模糊集合描述了滑移率... 详细信息

针对传统模糊逻辑制动防抱死控制抗干扰能力较弱,在面对不同路面附着系数及理想滑移率时滑移率控制效果较差的问题,提出了一种区间二型模糊逻辑制动防抱死控制系统和方法;控制系统以滑移率误差为输入,利用区间二型模糊集合描述了滑移率误差及其变化率,并经模糊化、模糊推理、模糊降型、解模糊化4个步骤得到理想制动力矩输出;根据上、下隶属度函数确定的模糊变量隶属度计算模糊规则激活度区间,以增强系统的抗干扰能力,并保证滑移率精准跟踪;基于MATLAB/SIMULINK软件,针对搭载了提出的控制器与传统控制器的车辆,模拟了在不同路面附着条件下的防抱死控制性能,并搭建了防抱死硬件在环平台,进行了验证分析。研究结果表明:在区间二型模糊逻辑制动防抱死控制下,车辆在低附着系数路面下前、后轮滑移率误差均方分别下降了52.96%和57.36%,制动距离缩短了0.24 m,制动时间降低了0.04 s;在中附路面下前、后轮滑移率误差均方分别下降了65.15%和73.32%,制动距离缩短了0.36 m,制动时间降低了0.05 s;在高附着系数路面下前、后轮滑移率误差均方分别下降了47.20%和39.57%,制动距离缩短了0.19 m,制动时间降低了0.02 s。由此可见,相比于传统模糊逻辑制动防抱死控制,提出的区间二型模糊逻辑制动防抱死控制在不同制动条件下均能取得更好的滑移率控制效果。

关键词：汽车工程制动防抱死抗干扰能力滑移率区间二型模糊逻辑模糊降型隶属度函数硬件在环

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升力翼对高速列车通过隧道时气动效应的影响

中南大学学报（自然科学版） 2024年第5期55卷 1702-1712页

作者：王田天黄大飞王钰王军彦施方成朱彦张雷湖南大学机械与运载工程学院湖南长沙410082 中南大学交通运输工程学院湖南长沙410075 中车长春轨道客车股份有限公司吉林长春130062

在高速列车上安装升力翼可以为高速列车提供升力,降低列车对轨道的压力,从而有效减少轮轨磨损,但安装升力翼对列车在隧道内行驶时的气动性能产生较大影响,为此,基于三维非定常可压缩RNG k−ε两方程湍流模型,对升力翼列车通过隧道时的气... 详细信息

在高速列车上安装升力翼可以为高速列车提供升力,降低列车对轨道的压力,从而有效减少轮轨磨损,但安装升力翼对列车在隧道内行驶时的气动性能产生较大影响,为此,基于三维非定常可压缩RNG k−ε两方程湍流模型,对升力翼列车通过隧道时的气动效应进行数值模拟研究。研究结果表明:在列车进入隧道过程中,升力翼尾流结构增大,对列车表面压力产生一定的影响;升力翼尾流使列车表面压力下降,同时升力翼增加车隧阻塞比,使列车表面的压力上升,两者共同影响列车表面压力,导致列车表面压力分布复杂;安装升力翼使列车表面与隧道壁面的压力幅值均增加,列车表面压力幅值最大增加5.4%,隧道壁面压力幅值最大增加14.1%;同时,对隧道出口的微气压波产生不利影响,在距离隧道出口20 m处的微气压波幅值上升4.1%。研究结果可为升力翼的参数优化设计提供指导。

关键词：升力翼高速列车隧道压力微气压波阻塞比

考虑磨损率随温度变化的列车制动摩擦块高温磨损仿真分析

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机械工程学报 2024年第7期60卷 195-202页

作者：蒋鑫池卢纯莫继良陈孝婷张庆贺赵婧西南交通大学机械工程学院成都610031 西南交通大学轨道交通运维技术与装备四川省重点实验室成都610031

随着铁路运输速度的提高和复杂线路的开通,制动闸片摩擦块的高温磨损问题日益凸显。为此,首先通过制动台架试验测得铜基粉末冶金摩擦块磨损率随温度的变化关系,然后建立了考虑磨损率随温度变化的摩擦块高温磨损仿真分析方法,最后研究了... 详细信息

随着铁路运输速度的提高和复杂线路的开通,制动闸片摩擦块的高温磨损问题日益凸显。为此,首先通过制动台架试验测得铜基粉末冶金摩擦块磨损率随温度的变化关系,然后建立了考虑磨损率随温度变化的摩擦块高温磨损仿真分析方法,最后研究了随温度变化的磨损率对摩擦块摩擦磨损行为预测准确性的影响。结果表明,制动摩擦块的磨损率随着温度的上升迅速升高。考虑随温度变化的磨损率与否,对于摩擦块的磨损量和磨损分布预测至关重要。当制动界面温度低于80℃时,不考虑界面温度对摩擦块磨损率影响时的预测误差在10%以内;当界面温度高于200℃时,不考虑磨损率随温度变化的摩擦块磨损预测误差超过60%。研究结果可为我国铁路列车制动摩擦块磨损行为的精准预测提供基础试验依据和可靠分析方法。

关键词：磨损率制动摩擦块高温磨损磨损预测铁路列车