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桥梁风工程研究中的雷诺数效应研究进展

振动与冲击 2024年第2期43卷 187-200,342页

作者：刘庆宽韩原孙一飞郑云飞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 河北省风工程和风能利用工程技术创新中心石家庄050043 石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 石家庄铁路职业技术学院铁道工程系石家庄050043

桥梁风工程研究中的雷诺数效应问题是伴随着风洞试验方法产生的一个基础性问题,随着桥梁尺寸的增大其雷诺数也逐渐增大,风洞试验雷诺数和实桥梁雷诺数的差别对试验结果的影响越来越受重视。该研究阐述了雷诺数效应问题的由来,回顾了雷... 详细信息

桥梁风工程研究中的雷诺数效应问题是伴随着风洞试验方法产生的一个基础性问题,随着桥梁尺寸的增大其雷诺数也逐渐增大,风洞试验雷诺数和实桥梁雷诺数的差别对试验结果的影响越来越受重视。该研究阐述了雷诺数效应问题的由来,回顾了雷诺数效应研究的发展历程,总结了针对圆形断面、矩形断面、主梁断面等不同桥梁结构断面雷诺数效应问题的研究进展,包括结构周围流场、气动力、风致振动随雷诺数的变化,指出了桥梁风工程雷诺数效应研究中尚待解决的问题,为今后该领域的研究提供参考和建议。

关键词：桥梁结构风工程雷诺数效应气动力风致振动

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防风网对大跨度煤棚风荷载特性的影响

振动．测试与诊断 2024年第3期44卷 450-455,615,616页

作者：付赛飞贾娅娅周一航陈娟郑云飞刘庆宽石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 石家庄铁路职业技术学院铁道工程系石家庄050043 河北省风工程和风能利用工程技术创新中心石家庄050043 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

为了研究防风网对大跨煤棚风荷载的影响,通过风洞刚性模型测压试验,对3种透孔率的防风网下煤棚表面风荷载进行研究,分析了风向角、有无防风网和防风网透孔率对典型测点和分区的体型系数以及测点的脉动风荷载的功率谱特性的影响。结果表... 详细信息

为了研究防风网对大跨煤棚风荷载的影响,通过风洞刚性模型测压试验,对3种透孔率的防风网下煤棚表面风荷载进行研究,分析了风向角、有无防风网和防风网透孔率对典型测点和分区的体型系数以及测点的脉动风荷载的功率谱特性的影响。结果表明:不同风向角下,结构体型系数极值出现的位置和范围差别较大;防风网对减小煤棚风荷载有较好效果,放置防风网后煤棚表面呈现为绝对值较小的负压;大部分风向角下,20%的透孔率防风网对减小风荷载效果更好;不同位置测点受来流脉动影响情况不同,煤棚迎风侧角部测点脉动风荷载无量纲功率谱数值较大,且功率谱成分复杂,放置防风网后其峰值明显减小。

关键词：煤棚风洞试验防风网分区体型系数功率谱

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重载铁路隧道衬砌结构车致累积损伤演化规律

振动与冲击 2024年第20期43卷 282-288页

作者：饶晨捷王景春王大鹏侯卫红牛星石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 石家庄铁道大学安全工程与应急管理学院石家庄050043

为研究重载铁路马蹄形隧道车致损伤分布特征及演化规律,结合混凝土塑性损伤本构模型和规范推荐的混凝土拉压本构关系。以改进的Miner累积损伤理论为基础,建立了重载铁路单线马蹄形隧道-围岩耦合动力模型,研究了重载列车长期作用下隧道... 详细信息

为研究重载铁路马蹄形隧道车致损伤分布特征及演化规律,结合混凝土塑性损伤本构模型和规范推荐的混凝土拉压本构关系。以改进的Miner累积损伤理论为基础,建立了重载铁路单线马蹄形隧道-围岩耦合动力模型,研究了重载列车长期作用下隧道衬砌结构的损伤分布特征、累积损伤、损伤增量演化规律。结果显示:衬砌长期车致损伤主要分布在轨下仰拱处、仰拱与边墙交接处和仰拱填充与边墙交接处;边墙部分损伤由内侧向外侧演化,仰拱部分损伤由外侧向内侧演化;满载通行相比于空载最大损伤位置损伤量增大3.41倍;累积损伤及损伤增量都随着运营次数的增加而增大,且呈现非线性变化;隧道运营期间应在损伤增量进入显著增长区时,进行隧道衬砌的检测养护工作。

关键词：重载铁路混凝土塑性损伤累积损伤理论损伤分布损伤演化

基于卷积与Transformer融合框架的列车轮对轴承损伤识别方法

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工程科学学报 2024年第10期46卷 1834-1844页

作者：邓飞跃蔡毓龙王锐郑守禧石家庄铁道大学机械工程学院石家庄050043

针对传统机器视觉方法在列车轮对轴承损伤检测中存在的图像特征提取不敏感、专家经验要求高以及识别准确率偏低等问题,本文提出了一种基于卷积与Transformer融合框架的列车轮对轴承损伤识别方法.首先,发展了一种图像增强类别重组的预处... 详细信息

针对传统机器视觉方法在列车轮对轴承损伤检测中存在的图像特征提取不敏感、专家经验要求高以及识别准确率偏低等问题,本文提出了一种基于卷积与Transformer融合框架的列车轮对轴承损伤识别方法.首先,发展了一种图像增强类别重组的预处理方法,消除不同类别数据样本不均衡的影响,提高图像数据集质量;其次,基于卷积与自注意力融合思想,设计了VGG与Transformer双分支并行融合网络(VGG and Transformer parallel fusion network,VTPF-Net),综合获取图像全局轮廓特征与局部细节特征信息;再次,构建了多尺度膨胀空间金字塔卷积(Multiscale dilation spatial pyramid convolution,MDSPC)模块,利用多尺度膨胀卷积递进融合充分挖掘特征图中多尺度语义特征;最后,基于NEU-DET图像缺陷数据集与自建列车轮对轴承图像数据集进行了实验分析.结果表明,所提模型对NEU-DET数据中6类缺陷图像与轮对轴承4类故障图像的识别准确率分别为99.44%与98%,能够较为准确识别不同损伤类型图像样本,在不明显增加模型复杂度基础上各项评价指标要显著优于当前CNN模型、自注意力机制ViT模型以及CNN-Transformer融合模型.

关键词：轮对轴承损伤识别卷积网络 Transformer网络多尺度特征

不同雷诺数下4∶1圆角矩形柱气动力特性及流场数值模拟研究

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工程力学 2024年第S1期41卷 332-338页

作者：于春放靖洪淼张记涛许浩然乔明哲刘庆宽石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 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 河北省风工程和风能利用工程技术创新中心石家庄050043 石家庄铁路职业技术学院铁道工程系石家庄050061

圆角化处理的矩形柱绕流具有复杂的气动力和流场特性。为深入了解圆角矩形柱的雷诺数(Reynolds number, Re)效应,采用基于计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)的大涡模拟(Large eddy simulation,LES)方法,开展了不同Re下... 详细信息

圆角化处理的矩形柱绕流具有复杂的气动力和流场特性。为深入了解圆角矩形柱的雷诺数(Reynolds number, Re)效应,采用基于计算流体力学(Computational fluid dynamics, CFD)的大涡模拟(Large eddy simulation,LES)方法,开展了不同Re下宽高比4∶1圆角矩形柱绕流数值模拟,研究了不同Re下圆角矩形柱的气动力系数、斯特劳哈尔数(Strouhal number, St)、风压系数和流场等变化规律。结果表明:表面风压和时均流场在Re≤4×10^(3)时,Re效应显著,但当Re>4×10^(3)时,Re效应较弱。当Re≤4×10^(3)时,升力系数均方根和平均阻力系数随着Re先增大后减小,在Re=1×10^(3)时达到最大;而St先增大后减小再增大,分别在Re=2×10^(3)时达到最大,在Re=4×10^(3)时达到最小。回流长度随着Re先减小后增大,尾流旋涡中心逐渐后移。

关键词： 4∶1圆角矩形柱大涡模拟方法雷诺数气动力特性流场

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二自由度磁浮列车悬浮系统时滞控制研究

西南交通大学学报 2024年第4期59卷 812-822页

作者：王美琪曾思恒李源刘鹏飞石家庄铁道大学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 石家庄铁道大学机械工程学院河北石家庄050043

为研究控制器时滞对磁浮列车悬浮系统稳定性的影响,首先,以位移-速度为反馈控制参数,建立考虑控制器时滞的二自由度磁浮列车悬浮系统模型;其次,通过Routh-Hurwitz稳定性判据得到无时滞系统的稳定性区域,同时,依据特征根穿越虚轴边界条件... 详细信息

为研究控制器时滞对磁浮列车悬浮系统稳定性的影响,首先,以位移-速度为反馈控制参数,建立考虑控制器时滞的二自由度磁浮列车悬浮系统模型;其次,通过Routh-Hurwitz稳定性判据得到无时滞系统的稳定性区域,同时,依据特征根穿越虚轴边界条件,获得系统发生Hopf分岔的控制器时滞临界值;最后,分析反馈控制参数及系统参数与控制器时滞临界值的关系.研究结果表明:当系统参数一定时,控制器时滞临界值随位移控制增益的增大而减小,随速度控制增益的增大先增大后减小;当反馈控制参数一定时,控制器时滞临界值随二系刚度的增大而减小,随二系阻尼的增大而增大;当系统时滞以10^(−6)数量级在时滞临界值附近渐渐增大时,系统会从稳定—周期运动—不稳定逐渐变化,期间发生超临界Hopf分岔.

关键词：磁浮系统稳定性时滞反馈控制 Hopf分岔

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耐腐蚀性能和拉伸性能提升的α型钛合金设计

稀有金属材料与工程 2024年第4期53卷 947-953页

作者：马喜龙松木一弘尚志丰苏宏基贾博文聂国权石家庄铁道大学材料科学与工程学院河北石家庄050043 广岛大学工学部日本广岛739-8527 石家庄铁道大学机械工程学院河北石家庄050043

通过2个电子参数(结合次数Bo_(t)和d轨道能级Mdt)提出了新设计的α型钛(α-Ti)合金。新设计合金Ti-5Al-4Zr-3.6Sn、改性合金Ti-5Al-3Sn-1.9Zr和参考合金Ti-5Al-2.5Sn具有相同的Bo_(t)值(3.847)以及不同的Mdt值(2.430,2.426,2.422)。测试了3种α-Ti合金的极限抗拉伸强度(σ_(UTS))、断裂应变(ɛ_(f))和热盐腐蚀性能。3种α-Ti合金均采用冷坩埚悬浮熔炼技术进行制备。结果表明,3种合金样品均具有均匀的微观结构。在3种α-Ti合金中测量到的α单相晶粒尺寸约为600μm。Ti-5Al-4Zr-3.6Sn合金的σ_(UTS)和ɛ_(f)值为801 MPa和16%,Ti-5Al-3Sn-1.9Zr合金的σ_(UTS)和ɛ_(f)值为708 MPa和15%,Ti-5Al-2.5Sn合金的σ_(UTS)和ɛ_(f)值为603 MPa和15%。热盐腐蚀测试进行28.8ks后显示Ti-5Al-4Zr-3.6Sn、Ti-5Al-3Sn-1.9Zr和Ti-5Al-2.5Sn合金的失重率为2.61%、2.83%和3.10%。σ_(UTS)、ɛ_(f)和耐热盐腐蚀结果表明,新设计合金Ti-5Al-4Zr-3.6Sn是一种有实际应用潜力的钛合金材料。

关键词：合金设计 α型钛合金冷坩埚悬浮熔炼拉伸性能热盐腐蚀测试

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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

振动压实中后期振动轮与压实路面的接触非线性动力学研究

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振动工程学报 2024年第7期37卷 1161-1168页

作者：刘景旭路永婕王建西商祥志石家庄铁道大学机械工程学院河北石家庄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河北石家庄050043 石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043

在考虑随振土体质量的基础上,建立三自由度振动压路机-土耦合动力学模型,通过分析振动轮的时频域图、Poincaré截面图、最大Lyapunov指数和轮-土动态接触力等响应,研究振动压路机振动轮在压实过程中的非线性动力学响应特性。数值仿真结... 详细信息

在考虑随振土体质量的基础上,建立三自由度振动压路机-土耦合动力学模型,通过分析振动轮的时频域图、Poincaré截面图、最大Lyapunov指数和轮-土动态接触力等响应,研究振动压路机振动轮在压实过程中的非线性动力学响应特性。数值仿真结果表明,随着路基压实度的增大,振动轮由单一周期运动演变为多周期运动,最终进入混沌状态;在演变过程中,振动轮加速度的频域特征由最初的单一基频向基频伴随有整倍频谐波过渡,最终以基频和1/2倍次谐波为主要部分;在进入混沌状态后减小激振力和增大激振频率都可以使混沌状态退化至近似单一周期运动,其中减小激振力对响应特征的影响为:频域响应存在较弱的1/3倍、2/3倍及高倍次谐波;而增大激振频率对响应特征的影响为:振动轮压实运动的单一周期更为明显。

关键词：非线性振动振动轮振动压实非线性接触混沌