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空气耦合冲击回波法检测无砟轨道层间脱空的适用性

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中南大学学报（自然科学版） 2022年第5期53卷 1918-1929页

作者：许玉德胡猛徐国尧吴宣庆路宏遥曹世豪同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804 同济大学上海市轨道交通结构耐久与系统安全重点实验室上海201804 上海市隧道工程轨道交通设计研究院上海200235 河南工业大学土木工程学院河南郑州450001

为研究空气耦合冲击回波法对无砟轨道层间脱空检测的适用性,建立空气-无砟轨道层间脱空有限元模型。首先,基于Lamb波频散理论研究空气耦合冲击回波法检测无砟轨道层间脱空的基本原理;其次,开展室内足尺试验对有限元模型的有效性进行验证... 详细信息

为研究空气耦合冲击回波法对无砟轨道层间脱空检测的适用性,建立空气-无砟轨道层间脱空有限元模型。首先,基于Lamb波频散理论研究空气耦合冲击回波法检测无砟轨道层间脱空的基本原理;其次,开展室内足尺试验对有限元模型的有效性进行验证;最后,分析激振位置、激振力幅值、作用时间以及信号采集位置等因素对无砟轨道层间脱空检测效果的影响。研究结果表明:使用空气耦合冲击回波法采集的声压信号主要成分为轨道板中S1ZGV模态波的泄露波,其对应的频率为9.655 kHz;声压信号最大值变化区域的出现与峰值频率前移表明存在无砟轨道层间脱空现象;为提高空气耦合冲击回波法对无砟轨道层间脱空的检测效果,建议将激振钢球的直径取为9 mm,声压信号接收点与激振点的垂向距离取为10 mm,并尽可能减少它们之间的横向距离。

关键词：无砟轨道层间脱空空气耦合冲击回波法 Lamb波

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基于全尺寸台架试验的中低速磁浮列车悬浮架强度评估

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交通运输工程学报 2023年第6期23卷 206-215页

作者：李苗马亚群王宇罗世辉马卫华雷成西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室四川成都610031 中车长春轨道客车股份有限公司吉林长春130062 郑州铁路职业技术学院河南省轨道交通智能安全工程技术研究中心河南郑州451460

为评估某中低速磁浮列车悬浮架构架是否满足强度要求,利用自主研发的全尺寸中低速磁浮强度试验台对该悬浮架构架开展了静强度与疲劳强度试验,基于有限元和多体动力学仿真结果,确定了悬浮架构架的应力集中部位与承载特性;据此,在悬浮架... 详细信息

为评估某中低速磁浮列车悬浮架构架是否满足强度要求,利用自主研发的全尺寸中低速磁浮强度试验台对该悬浮架构架开展了静强度与疲劳强度试验,基于有限元和多体动力学仿真结果,确定了悬浮架构架的应力集中部位与承载特性;据此,在悬浮架构架上合理布置了系列测点,测量了车辆在超常载荷、模拟主要运营载荷和模拟特殊运营载荷3类工况下悬浮架构架的应变响应信号,根据悬浮架构架不同部位的材料特性,通过转换计算评估了悬浮架构架的应力水平。研究结果表明:在静强度试验中,悬浮架构架的较大应力点主要分布于托臂拐角、支撑轮安装座与防侧滚梁连接处、停放制动滑橇安装座等处,而在疲劳强度试验中的薄弱点主要为纵梁与托臂连接的焊缝处;相比于列车的常规运行工况,在悬浮失效、超载落车制动等特殊运行条件下,悬浮架构架的静强度和疲劳强度的应力幅值分别增加了1.06和4.77倍;所有测试工况下悬浮架构架受到的最大拉应力、最大压应力分别为67.22、-20.30 MPa,且最小安全系数为1.71,说明悬浮架构架满足结构强度要求;所有测试数据结果均在各自材料的Goodman-Smith疲劳极限图包络线内,说明悬浮架构架满足疲劳强度要求;经渗透探伤查验,悬浮架构架的任何位置上均未发现裂纹,验证了悬浮架构架疲劳强度评估结果的可靠性。

关键词：车辆工程中低速磁浮现场试验悬浮架台架试验强度评估

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基于等效刚度法的车体结构碰撞建模与参数优化

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工程力学 2022年第2期39卷 244-256页

作者：张敬科朱涛雷成王小瑞杨冰肖守讷阳光武西南交通大学牵引动力国家重点实验室成都610031 郑州铁路职业技术学院河南省轨道交通智能安全工程技术研究中心郑州451460

针对轨道车辆碰撞动态行为数值模拟效率低、耐撞性分析手段缺乏的问题,提出了基于等效刚度法的车体结构碰撞建模和参数优化方法。基于等效刚度法和简支梁弯曲应变能相等的原理,提出了中空型材截面梁等效为实芯截面梁后抗弯刚度相等的条... 详细信息

针对轨道车辆碰撞动态行为数值模拟效率低、耐撞性分析手段缺乏的问题,提出了基于等效刚度法的车体结构碰撞建模和参数优化方法。基于等效刚度法和简支梁弯曲应变能相等的原理,提出了中空型材截面梁等效为实芯截面梁后抗弯刚度相等的条件,推导了二者结构等效参数的求解公式,利用多岛遗传优化算法对等效参数进行了优化;详细对比了车体结构等效模型和原模型主要振动模态频率,证明了等效模型能够较好的反映原模型的动态特性,验证了车体结构等效模型的有效性;对比分析了某城轨车辆车体结构等效前后的一阶垂弯和一阶扭转频率,以及两种结构车辆在15 km/h的碰撞工况下车体的速度、加速度、能量、界面力等主要碰撞响应的变化趋势及误差。研究结果表明:中空型材结构等效模型能够较好的反映原结构的动态特性,整车车体结构的一阶垂弯和扭转频率的相对误差分别为2.19%和4.21%;碰撞过程中,两种模型车体的乘员安全性主要考核指标误差均小于10%;车体等效模型在碰撞仿真中的应用具有可行性和有效性,与原模型相比,单元数量减少38.91%,CPU计算耗时缩短27.63%。

关键词：车辆工程等效模型等效刚度中空型材碰撞参数优化

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中低速磁浮列车悬浮架纵梁结构优化

振动与冲击 2024年第14期43卷 180-188页

作者：张明康肖乾雷成石小牒王爱彬符远航华东交通大学机车车辆智能运维铁路行业重点实验室南昌330013 河南省轨道交通智能安全工程技术研究中心郑州451460 中车长春轨道客车股份有限公司长春130062

为得到具有理想承载性能同时又满足轻量化设计要求的中低速磁浮列车悬浮架结构,利用有限元软件建立悬浮架有限元模型,对悬浮架关键工况进行计算分析并结合强度试验验证有限元模型的可靠性。选取悬浮架纵梁为研究对象,分别基于多项式响... 详细信息

为得到具有理想承载性能同时又满足轻量化设计要求的中低速磁浮列车悬浮架结构,利用有限元软件建立悬浮架有限元模型,对悬浮架关键工况进行计算分析并结合强度试验验证有限元模型的可靠性。选取悬浮架纵梁为研究对象,分别基于多项式响应面法、Kriging法构造目标参数关于设计变量的代理模型,并对三种代理模型精度进行比较,得到目标参数随设计变量的最优代理模型,利用多目标优化算法进行计算寻优,得到代理模型的最优解集并通过仿真计算对最优结果进行验证。研究结果表明:Kriging法响应面模型的拟合精度高于多项式的二次和线性响应面模型;优化后悬浮架纵梁结构相比于原设计方案在满足强度可靠性要求的前提下,纵梁结构质量降低了16.9%。

关键词：悬浮架试验代理模型结构优化有限元仿真

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基于循环自动编码器的间歇过程故障监测

化工学报 2020年第7期71卷 3172-3179页

作者：高学金刘腾飞徐子东高慧慧于涌川北京工业大学信息学部北京100124 数字社区教育部工程研究中心北京100124 城市轨道交通北京实验室北京100124 计算智能与智能系统北京市重点实验室北京100124

针对间歇过程数据非线性、动态性特征,提出一种基于循环自动编码器(recurrent autoencoder,RAE)的过程故障监测方法。采用长短时记忆(long short-term memory,LSTM)循环神经网络构建自动编码器建立监控模型,相比传统自动编码器,其能有... 详细信息

针对间歇过程数据非线性、动态性特征,提出一种基于循环自动编码器(recurrent autoencoder,RAE)的过程故障监测方法。采用长短时记忆(long short-term memory,LSTM)循环神经网络构建自动编码器建立监控模型,相比传统自动编码器,其能有效挖掘时序样本间的动态关联信息。该方法首先利用批次展开与变量展开相结合的三步展开方法将间歇过程数据展开成二维,并通过滑动窗采样得到模型输入序列;然后使用LSTM构建自动编码器,重构输入序列。进一步,利用重构误差构造平方预测误差(squared prediction error,SPE)统计量实现在线监测。最后将所提方法应用于青霉素发酵仿真和重组大肠杆菌发酵过程监测,结果表明,该方法能及时监测到故障,具有较好的监测性能。

关键词：算法动态建模神经网络 LSTM 过程监测循环自动编码器

基于MICP改良黄河泥沙颗粒级配的试验研究

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工程科学与技术 2021年第3期53卷 89-98页

作者：岳建伟黄轩嘉邢旋旋赵丽敏孔庆梅杨雪朱耀冬张建伟河南省轨道交通智能建造工程研究中心河南开封475004 开封市不可移动文物修复与安全评价重点实验室河南开封475004

黄河中下游河床内大量沉积黄河泥沙,黄河泥沙存在细度模数小、颗粒级配不良、含泥量高等缺陷,限制了黄河泥沙应用。为改善黄河泥沙的质量和降低应用黄河泥沙带来的工程缺陷,基于泥沙特性和微生物诱导碳酸盐沉积(microbially induced car... 详细信息

黄河中下游河床内大量沉积黄河泥沙,黄河泥沙存在细度模数小、颗粒级配不良、含泥量高等缺陷,限制了黄河泥沙应用。为改善黄河泥沙的质量和降低应用黄河泥沙带来的工程缺陷,基于泥沙特性和微生物诱导碳酸盐沉积(microbially induced carbonate precipitation,MICP)技术对黄河泥沙进行定量固化处理,通过筛分试验、扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)、极差分析等方式,研究MICP技术改良黄河泥沙颗粒级配的效果。结果表明:经MICP技术处理后的沙样级配,在1至5 mm粒径区间的颗粒比重较第一次固化后的试样提高了45%,比初始沙样在同区间的颗粒比重提高70%,单位体积内的颗粒接触数变多,呈多颗粒簇拥形态;通过浸泡试验,试样中的粗颗粒及团聚体的分散程度仅为5%~10%;最优改良方案为1∶1的菌胶比、1.5 mol/L的胶结液浓度、2∶1的尿素和钙源比、钙源为CaCl_(2),其中胶结液浓度是改良颗粒级配的主要因素;矿化生成的CaCO_(3)结晶多呈方解石晶相,大量CaCO_(3)晶体叠合形成层理结构,沙粒间形成CaCO_(3)桥架并通过胶结作用吸附细小颗粒,进而增大泥沙的直径,达到改良黄河泥沙的目的。因此,MICP技术可以有效改良黄河泥沙粒度组分及结构,研究结果为改良黄河泥沙提供了新思路。

关键词：黄河泥沙 MICP 颗粒级配细度模数

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基于多变量卷积神经网络的发酵过程故障监测

高校化学工程学报 2020年第6期34卷 1511-1519页

作者：高学金刘爽爽高慧慧北京工业大学信息学部北京100124 数字社区教育部工程研究中心北京100124 城市轨道交通北京实验室北京100124 计算智能与智能系统北京市重点实验室北京100124

针对传统故障监测方法难以提取数据深层特征的问题,提出一种基于多变量深度卷积神经网络的故障监测方法,以提高监测精度。为捕获过程动态性,采用滑动窗技术对过程变量序列进行分割,利用希尔伯特-黄变换对分割后的序列进行分解,得到时频... 详细信息

针对传统故障监测方法难以提取数据深层特征的问题,提出一种基于多变量深度卷积神经网络的故障监测方法,以提高监测精度。为捕获过程动态性,采用滑动窗技术对过程变量序列进行分割,利用希尔伯特-黄变换对分割后的序列进行分解,得到时频图,有效挖掘变量序列在幅值、频率、相位上的异常变化信息;以时频图为输入,基于深度卷积神经网络构建故障监测模型,提取故障信息深层特征,提高监测精度;利用青霉素发酵过程仿真数据和大肠杆菌生产数据进行实验验证,结果表明所提方法监测精度分别高达95%和93%以上。

关键词：卷积神经网络希尔伯特-黄变换特征提取发酵过程故障监测

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基于数据挖掘的城轨系统电能消耗模式分析

北京交通大学学报 2020年第5期44卷 8-16页

作者：荀径赵娇孙玉霖吴颖北京交通大学轨道交通控制与安全国家重点实验室北京100041

城市轨道交通系统运营产生的电耗占系统总能耗的比重最大,其能耗模式分析对城市轨道交通节能降耗十分关键.针对传统城轨能耗数据分析以静态统计分析为主的特点,提出了一种基于数据挖掘的城轨能耗动态分析方法.该方法基于聚类方法获取城... 详细信息

城市轨道交通系统运营产生的电耗占系统总能耗的比重最大,其能耗模式分析对城市轨道交通节能降耗十分关键.针对传统城轨能耗数据分析以静态统计分析为主的特点,提出了一种基于数据挖掘的城轨能耗动态分析方法.该方法基于聚类方法获取城轨系统基于时序的耗能规律.利用此耗能规律,采用决策树分类方法分析其能耗模式;基于能耗模式,采用异常值检测算法分析能耗数据是否异常.最后,利用国内某地铁线路供电系统记录的能耗数据集进行了分析.数据实验显示:该方法可用于确定城轨系统牵引和动力照明的能耗模式,判别异常数据.所提方法可用于城轨能量管理系统中动态监测能耗异常现象,为进一步分析能耗异常的原因和有针对性地采取节能措施提供数据支撑.

关键词：城市轨道交通能耗模式分析聚类方法决策树能耗异常

基于分步时空JITL-MKPLS的间歇过程故障监测

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高校化学工程学报 2021年第1期35卷 127-139页

作者：高学金孟令军王豪高慧慧北京工业大学信息学部北京100124 数字社区教育部工程研究中心北京100124 城市轨道交通北京实验室北京100124 计算智能与智能系统北京市重点实验室北京100124

针对多阶段时变的间歇过程难以用全局模型准确描述生产过程的动态变化及传统局部建模每个工作点都需要重新筛选样本建模导致计算量较大的问题,提出一种分步时空即时学习的局部建模策略。采用仿射传播(AP)聚类的方式对历史数据样本集中... 详细信息

针对多阶段时变的间歇过程难以用全局模型准确描述生产过程的动态变化及传统局部建模每个工作点都需要重新筛选样本建模导致计算量较大的问题,提出一种分步时空即时学习的局部建模策略。采用仿射传播(AP)聚类的方式对历史数据样本集中的数据进行初步分类,在当前输入样本数据到达后,确定当前样本数据所属的类别,在此类别所限定的子数据样本集中使用时间和空间相结合的即时学习策略确定出局部相似样本,建立多向核偏最小二乘监测模型。将该算法在青霉素发酵仿真数据和大肠杆菌发酵过程生产数据上进行验证,结果表明,所提方法不仅减少了不必要的计算量,还能够更加精准即时地进行故障监测。

关键词：时空即时学习分步多向核偏最小二乘局部建模故障监测