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高速列车轴箱轴承健康监测与故障诊断研究综述

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力学学报 2022年第7期54卷 1780-1796页

作者：顾晓辉杨绍普刘文朋刘泽潮石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043 石家庄铁道大学河北省交通工程结构力学行为演变与控制重点实验室石家庄050043

随着我国高速列车的发展,针对其运营维护中的故障预测与健康管理问题日益受到关注.轴箱轴承是高速列车走行部中的关键旋转部件,在复杂的轮轨相互作用下极易出现由疲劳、过载等原因导致的失效,影响列车的行车效率和运行安全.而现有诊断... 详细信息

随着我国高速列车的发展,针对其运营维护中的故障预测与健康管理问题日益受到关注.轴箱轴承是高速列车走行部中的关键旋转部件,在复杂的轮轨相互作用下极易出现由疲劳、过载等原因导致的失效,影响列车的行车效率和运行安全.而现有诊断方法和技术难以满足高速列车动态化、系统化的安全保障需求,亟待进一步发展轴箱轴承健康监测和诊断技术.首先,介绍了工程中维修检测、轨边监测和车载监测系统的主要内容和发展现状.然后,从动力学正、反问题两个方面,分析和总结了在轴箱轴承的理论建模方法和轴箱轴承与列车耦合系统的动态特性分析、基于先进信号处理技术和机器学习技术的诊断方法等方面的研究思路和研究进展.最后,对轴箱轴承健康监测与故障诊断技术的发展趋势进行了展望,评述了在指导列车故障预测与健康管理方面的不足.

关键词：轴箱轴承状态监测故障诊断故障预测与健康管理

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不同混合比橡胶砂动力性能试验研究

世界地震工程 2022年第3期38卷 153-161页

作者：祝梦凡罗超王昊李子泽宛俊舟冯怀平石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043

橡胶材料具有廉价、阻尼大、弹性变形较好等优点,将废旧轮胎颗粒加入路基填料中可在减少环境污染的同时提高路基抗震性能。本文通过橡胶砂基本物性试验和动三轴试验研究了不同混合比橡胶砂的减震性能,分析对比了不同混合比橡胶砂和纯砂... 详细信息

橡胶材料具有廉价、阻尼大、弹性变形较好等优点,将废旧轮胎颗粒加入路基填料中可在减少环境污染的同时提高路基抗震性能。本文通过橡胶砂基本物性试验和动三轴试验研究了不同混合比橡胶砂的减震性能,分析对比了不同混合比橡胶砂和纯砂的动弹性模量、阻尼比、动强度、内摩擦角及动应力-应变滞回曲线的变化规律。得出结论:橡胶砂动弹性模量受动应变影响较大,当动应变较大时橡胶砂的弹性模量大于纯砂;掺入橡胶颗粒可提高纯砂的阻尼比和动强度;实际工程应用中需要考虑橡胶砂混合比的影响。

关键词：橡胶砂力学性能动力特性减震

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排水过程三轴试样含水率分布演化规律研究

岩土工程学报 2022年第8期44卷 1425-1433页

作者：马德良谢一飞冯怀平李腾常建梅石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 石家庄铁道大学河北省交通工程结构力学行为演变与控制重点实验室河北石家庄050043

三轴试验过程中试样含水率分布实时测试对吸力平衡判断、剪切速率确定和湿化变形等研究具有重要意义。通过扩展范德堡电阻率测试理论(vdP),提出了柱状土体含水率测试理论;在此基础上,研发一种厚度仅为0.1mm的柔性印刷电极及配套的范德... 详细信息

三轴试验过程中试样含水率分布实时测试对吸力平衡判断、剪切速率确定和湿化变形等研究具有重要意义。通过扩展范德堡电阻率测试理论(vdP),提出了柱状土体含水率测试理论;在此基础上,研发一种厚度仅为0.1mm的柔性印刷电极及配套的范德堡法集成测试装置。通过设计围压与温度敏感性因素试验,验证装置兼容性和可靠性。最后开展了恒压状态下的三轴干湿循环试验,并对试验过程中试样分层电阻率进行监测。试验结果表明,本套试验装置需要至少120k Pa静围压预压,以保证电极与试样完全贴合;同时试验全程静围压不低于20k Pa以保持电极紧密贴合。温度对电阻率测试精度具有一定的影响,Campbell模型可以有效修正温度带来的测试误差。浸水过程中,试样电阻率从下至上依次降低;排水过程中,试样电阻率由顶到底逐渐降低;最后提出了脱湿过程的试样分层含水率计算方法并且分析了含水率分布演化规律。

关键词：非饱和土含水率分布范德堡法三轴试样

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高铁路基运营期注浆线路平顺性监测技术研究

铁道工程学报 2022年第1期39卷 13-17,32页

作者：岳祖润介少龙石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043 石家庄铁道大学石家庄050043

研究目的:我国高速铁路路基跨软弱土分布广泛,且由于施工、封闭措施、微地貌排水等原因,易造成路基软化,产生沉降病害,降低高速铁路的运营效益。因此,在对路基进行注浆加固整治中,为避免造成轨道几何尺寸超限,必须构建高精度、实时在线... 详细信息

研究目的:我国高速铁路路基跨软弱土分布广泛,且由于施工、封闭措施、微地貌排水等原因,易造成路基软化,产生沉降病害,降低高速铁路的运营效益。因此,在对路基进行注浆加固整治中,为避免造成轨道几何尺寸超限,必须构建高精度、实时在线的空间线路平顺性监测技术,为运营条件下高速铁路路基注浆加固提供技术保障。研究结论:(1)Leica TS15自动监测系统配合微型精密棱镜在对温度、湿度、气压等气象参数进行实时误差修正后,其三维精度满足全天候监测要求,可控制在±0.5 mm以内;(2)室内极限风压风洞试验和现场测试均验证了微型精密棱镜在钢轨轨腰和轨道板侧面安装的安全性与适用性,且不影响高铁列车正常运行;(3)自动监测系统能耗测试表明,结合新能源+物联网技术,可实现高铁路基注浆加固过程中自动连续监测,其精度、操作性、稳定性均能满足运营线路要求;(4)本文研究技术在运营高速铁路其他类似工况中具有参考价值。

关键词：高铁路基注浆加固线路平顺性自动监测

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热能转化式路基冻胀控制效果现场试验研究

铁道工程学报 2024年第3期41卷 17-22页

作者：胡田飞张宗凯岳祖润袁一飞赵李旗石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043 石家庄铁道大学石家庄050043

研究目的:为解决季节冻性土区铁路路基冻胀问题,提出一种新型热能转化式路基。通过专用地源热泵系统,收集路基附近地基稳定层的低位地温能,并转化为高位热能,然后传递至路基冻胀层,以实现对路基的主动供热和温度控制,根除冻胀。在准池... 详细信息

研究目的:为解决季节冻性土区铁路路基冻胀问题,提出一种新型热能转化式路基。通过专用地源热泵系统,收集路基附近地基稳定层的低位地温能,并转化为高位热能,然后传递至路基冻胀层,以实现对路基的主动供热和温度控制,根除冻胀。在准池铁路某冻胀区段,建设1段20 m长的热能转化式路基试验段,在2021—2022年冬季测试热泵供热温度、试验段路基和天然路基的温度场、冻结深度、轨道冻胀量等指标的变化情况。研究结论:(1)热泵供热温度峰值可达59.4℃,间歇运行时的日均供热温度达25.2℃以上,热源品位高,起到有利的热源作用;(2)天然路基冻结期持续141 d,试验段路基相比减小了20 d;试验段轨道中心、路肩及坡脚位置的最大冻结深度分别为88 cm、75 cm、58 cm,相比天然路基分别减少了60 cm、122 cm、78 cm,将冻结深度控制在有害临界值以内;(3)天然条件下轨道冻胀量峰值为9.4 mm,形成有害冻胀;而试验段轨道变形量小于±3 mm,未超出经常保养管理值;(4)热能转化式路基对于低路堤、路堑基床、岔区、涵顶等重要部位的顽固性冻胀病害是一种有效的防控手段。

关键词：路基冻胀地温能热泵供热温度温度场冻结深度冻胀量

基于智能驾驶电动汽车的多车-桥梁耦合系统动力学特性研究

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力学学报 2022年第9期54卷 2627-2639页

作者：张宇王嘉伟李韶华任剑莹石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043 石家庄铁道大学工程力学系石家庄050043

迫于能源和环保问题的压力,电动汽车及智能驾驶受到了各国高度重视.轮毂电机驱动电动汽车车轮振动剧烈,与桥梁路面动力学相互作用更加突出,现有研究主要针对传统汽车,关于电动车轮与公路桥梁接触动力学相互作用及智能驾驶车队的多车-桥... 详细信息

迫于能源和环保问题的压力,电动汽车及智能驾驶受到了各国高度重视.轮毂电机驱动电动汽车车轮振动剧烈,与桥梁路面动力学相互作用更加突出,现有研究主要针对传统汽车,关于电动车轮与公路桥梁接触动力学相互作用及智能驾驶车队的多车-桥梁耦合作用研究尚不多见.本文以轮毂电机驱动电动汽车为研究对象,考虑车轮和桥面多点接触关系,研究了两个智能驾驶汽车过桥时的车桥耦合动力学特性.分析了电机质量、电机激励、轮胎悬架刚度非线性、车距、车速对系统振动特性的影响,以及桥面不平顺激励、三重耦合激励对电动汽车平顺性的影响.研究表明:车距和车速是影响车-桥系统振动特性的重要因素,在车-桥耦合动态设计中,车距和车速的影响应重点关注;桥面越平坦,电机激励及桥面二次激励对车辆平顺性和道路友好性影响越加显著,当汽车行驶在平坦桥面时两种激励对轮毂电机驱动电动汽车的影响不容忽视.所建模型有望为智能驾驶电动汽车与桥梁的耦合作用研究提供理论参考.

关键词：多车-桥耦合系统电动汽车机电耦合振动桥面不平顺动力学响应

近断层脉冲型地震作用下高铁简支梁桥减隔震支座参数分析

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铁道标准设计 2024年

作者：艾庆华胡佳欢马文芳石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室

近断层脉冲型地震动较远场地震动对桥梁产生更为严重的地震破坏，研究恢复力模型为双折线减隔震支座和桥梁地震响应的匹配关系，可有效提高临近断层高铁桥梁的抗震性能。以某32 m跨径高铁双线简支梁桥为研究对象，采用OpenSees建立五墩... 详细信息

近断层脉冲型地震动较远场地震动对桥梁产生更为严重的地震破坏，研究恢复力模型为双折线减隔震支座和桥梁地震响应的匹配关系，可有效提高临近断层高铁桥梁的抗震性能。以某32 m跨径高铁双线简支梁桥为研究对象，采用OpenSees建立五墩四跨有限元模型，研究在破裂前方向脉冲、滑冲脉冲以及远场地震动作用下，减隔震支座屈服强度Fy、初始刚度与桥墩刚度的比值λ，以及屈服后刚度与初始刚度的比值η的变化对支座位移、支座残余位移、墩底弯矩和支座耗能等抗震指标的影响；探究不同类型地震动作用下结构随减隔震支座参数变化的响应规律，并确定近断层地区高铁简支梁桥减隔震支座参数的合理取值范围。结果表明：在不同类型速度脉冲作用下，结构响应随减隔震支座参数变化的规律基本一致，且滑冲脉冲地震动造成的响应大于破裂前方向脉冲地震动；增大Fy可以显著减小支座最大位移，但会导致支座残余位移和墩底弯矩增大；增大λ可以减小支座最大位移并且增大墩底弯矩和支座耗能；增大η可以显著减小支座残余位移。针对研究的具体桥梁，当减隔震支座Fy取330～370 kN、λ取0.1-0.15、η取0.08～0.12时有较好的减震效果。

关键词：高速铁路简支梁桥近断层脉冲型地震动减隔震支座非线性时程分析地震响应参数分析

分段线性系统经典数学模型的修正与动力学分析

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力学学报 2024年第1期56卷 225-235页

作者：张瑞良申永军韩东石家庄铁道大学机械工程学院石家庄050043 省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043

由于间隙的存在,很多机械系统可以简化为分段线性模型,而简化后的模型中副簧系统通常包含阻尼.在大多数文献建立的数学模型中,主、副系统的接触点与分离点固定在间隙处.文章研究发现,由于副簧系统中弹簧与阻尼的力学特性不同,主、副系... 详细信息

由于间隙的存在,很多机械系统可以简化为分段线性模型,而简化后的模型中副簧系统通常包含阻尼.在大多数文献建立的数学模型中,主、副系统的接触点与分离点固定在间隙处.文章研究发现,由于副簧系统中弹簧与阻尼的力学特性不同,主、副系统的接触点与分离点位置实际上是随着系统参数和运动状态而变化的.若忽视这一点,后续的包括分岔和混沌在内的动力学分析就会出现误差甚至错误.首先基于经典的数学模型,用数值方法揭示了在简谐激励下主系统未返回到间隙处就与副簧系统提前分离,证明了经典数学模型的不当之处.进一步研究发现主系统不仅会出现提前分离,还会出现接触滞后的现象.因此对系统的接触与分离条件提出了修正,得到了更合理的数学模型.研究发现修正后的接触点、分离点位置与修正前相差较大,修正后的幅频响应曲线与修正前存在一定差别;在复杂运动中,修正前后的运动性质也可能发生改变,证明了修正后的模型更加合理,更能反映工程实际.然后,采用平均法并对平均法的积分区间进行推广,求得了修正模型的幅频响应的解析解,并通过龙格库塔法验证了解析解的正确性.对解析解进行稳定性分析,得到了解析解的稳定性判别式.最后,探究了修正模型的副簧系统参数对主系统幅频响应的影响.

关键词：非线性振动分段线性系统平均法动力学行为接触

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多车载荷作用下沥青桥面铺装动力学响应

振动与冲击 2021年第11期40卷 109-115,133页

作者：张霞陈恩利李凌云石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043

为更准确地分析沥青桥面铺装的动力学响应特性,提出基于实际车辆建模的车-路-桥动力学分析方法,研究多车载荷作用下沥青桥面铺装动力学行为。以一座钢-混凝土工字组合梁桥为例,考虑桥梁振动对桥面铺装的影响,通过数值模拟建立单车-桥面... 详细信息

为更准确地分析沥青桥面铺装的动力学响应特性,提出基于实际车辆建模的车-路-桥动力学分析方法,研究多车载荷作用下沥青桥面铺装动力学行为。以一座钢-混凝土工字组合梁桥为例,考虑桥梁振动对桥面铺装的影响,通过数值模拟建立单车-桥面铺装动力学耦合模型,并与不考虑耦合、移动荷载作用下的传统模型进行比较,验证了耦合模型的正确性及考虑耦合的必要性;基于单车-桥面铺装耦合模型,研究多车荷载作用下沥青桥面铺装层的响应行为;分析了双车并行和双车偏载工况下,桥面铺装各层的应力和挠度响应,并与单车工况进行比较,可见多车对桥面铺装的动力学响应的影响不容忽视。研究结果表明:偏载改变了桥面铺装层横向应力的方向,在沥青层顶面和沥青-混凝土接触面,出现拉应力,故沥青铺装顶面容易出现纵向裂缝,横向最大拉应力发生在沥青层和混凝土层接触面;桥面铺装层最大纵向应力发生在沥青层和混凝土层接触面上,双车并行时,沥青层与混凝土层间所产生的纵向应力较单车行驶时增加了52.7%;偏载时剪应力最大,且最大剪应力发生在混凝土层和钢梁的接触面上,该接触面容易脱离,应采取抗剪措施;不同桥面铺装层最大挠度均发生在双车并行工况下,相比单车工况,挠度值可增大约64%。与单车作用相比,考虑多车-桥面铺装耦合对桥面铺装层设计及损伤控制提出更高要求。

关键词：桥梁工程桥面铺装数值模拟多车耦合偏载