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考虑结构非线性的铁路弹性车轮动态特性研究

中国科学：技术科学 2024年第4期54卷 709-721页

作者：陈兆玮蒲前华龙权明尚婷王峙张军重庆交通大学机电与车辆工程学院重庆400074 重庆交通大学交通运输学院重庆400074 重庆市轨道交通(集团)有限公司重庆401120

为研究结构非线性(包括弹性车轮橡胶材料非线性和接触边界非线性)对弹性车轮力学行为的影响,设计静动态试验获得弹性车轮中橡胶材料非线性本构关系并探讨了橡胶黏弹性特性;推导弹性车轮系统中橡胶弹性模量与刚度的转换关系,并确定黏弹... 详细信息

为研究结构非线性(包括弹性车轮橡胶材料非线性和接触边界非线性)对弹性车轮力学行为的影响,设计静动态试验获得弹性车轮中橡胶材料非线性本构关系并探讨了橡胶黏弹性特性;推导弹性车轮系统中橡胶弹性模量与刚度的转换关系,并确定黏弹性橡胶材料的刚度特性;基于橡胶Yeoh本构模型,建立整体车轮、线弹性车轮、考虑材料非线性特性的弹性车轮(以下简称:非线性弹性车轮)以及同时考虑材料与接触非线性特性的弹性车轮(以下简称:接触弹性车轮)等四个动力学模型,研究四种车轮模型在轮轨垂向力激扰下车轮的动态规律,并探明橡胶材料参数对弹性车轮动态特性的影响.研究表明:弹性车轮能有效降低车轮垂向振动;线弹性车轮的端点和中点较之非线性弹性车轮分别最大增加10%和13%的变形量,且橡胶中点变形量小于端点变形量;线弹性车轮较之整体车轮最大能降低17%的垂向振动,非线性弹性车轮较整体车轮最大能降低22%的垂向振动,同时考虑橡胶材料非线性和接触非线性对弹性车轮的动态特性影响不显著;四种车轮振动主频均为3~5, 10以及22 Hz;弹性车轮的振动和变形量随材料硬度增加而增加.

关键词：铁路车辆弹性车轮橡胶非线性特性减振

非光滑半无限多目标优化的高阶KKT最优性充分条件

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应用数学和力学 2024年第4期45卷 502-508页

作者：曹琪冯敏重庆交通大学数学与统计学院重庆400074

考虑了一类非光滑半无限多目标优化问题.利用高阶Studniarski下导数,得到了问题的严格局部有效解的高阶弱KKT最优性充分条件.进一步地,若假设该最优性条件中目标函数相关的乘子均大于零,则得到严格局部Borwein真有效解的高阶强KKT充分条... 详细信息

考虑了一类非光滑半无限多目标优化问题.利用高阶Studniarski下导数,得到了问题的严格局部有效解的高阶弱KKT最优性充分条件.进一步地,若假设该最优性条件中目标函数相关的乘子均大于零,则得到严格局部Borwein真有效解的高阶强KKT充分条件.这些充分条件适用于处理无任何凸性假设下的问题.

关键词：半无限多目标优化高阶Studniarski下导数高阶KKT充分条件

分级动荷载下土石混合体滞回曲线形态特征试验研究

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岩土力学 2024年第3期45卷 674-684页

作者：黄锋米吉龙杨永浩董广法张班刘星辰重庆交通大学省部共建山区桥梁及隧道工程国家重点实验室重庆400074 重庆交通大学土木工程学院重庆400074

城市回填区地层多以松散土石混合体形式存在,自身结构孔隙率大、强度低、工程性能较差,对隧道施工扰动和地铁列车运行等动载作用十分敏感。滞回曲线可反映土体在动荷载作用下的变形、刚度及能量耗散等特征,研究土石混合体滞回曲线对回... 详细信息

城市回填区地层多以松散土石混合体形式存在,自身结构孔隙率大、强度低、工程性能较差,对隧道施工扰动和地铁列车运行等动载作用十分敏感。滞回曲线可反映土体在动荷载作用下的变形、刚度及能量耗散等特征,研究土石混合体滞回曲线对回填区地铁的施工和运营安全具有重要意义。利用KTLDYN伺服电机控制式动三轴试验系统,采用分级加载的方式对回填区土石混合体试样进行了循环荷载试验,研究了含石量P、含水率ω、固结应力比k_(c)和加载频率f对滞回曲线的形态特征(包括中心间距d、长轴斜率k、滞回曲线包围面积S和不闭合程度ε_(p))和骨干曲线的影响。研究结果表明:土石混合体的典型滞回曲线整体呈长梭形,两端呈尖叶状。d、S、ε_(p)随着振级的增加呈非线性增大,k随着振级的增加呈对数关系衰减。同一振级下,d和ε_(p)随着P、k_(c)和f的增大而减小,随着ω的增大先减小后增大;k随着P、k_(c)和f的增大而增大,随着ω的增大先增大后减小;S与P呈正相关,随着ω的增大先增大后减小,随着k_(c)和f的增大而减小。当动应变相同时,动应力和骨干曲线斜率均随P、k_(c)和f的增大而不断增大;随ω的增大先增大后减小。

关键词：土石混合体动三轴试验滞回曲线骨干曲线动力特性

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基于激光雷达点云地图的车辆定位与导航

光学精密工程 2024年第16期32卷 2537-2549页

作者：马庆禄白锋张杰邹政重庆交通大学交通运输学院重庆400074 重庆交通大学土木工程学院重庆400074 同济大学道路与交通工程教育部重点实验室上海201804

为解决自动驾驶系统中车辆自主定位与导航无法准确估计车身位姿及导航路径不够平滑等问题,提出一种基于先验激光雷达点云地图的定位与导航方法。利用点云分割技术分离出可行区域以及潜在的风险源,研究基于优化收敛流程的NDT(Normal Dist... 详细信息

为解决自动驾驶系统中车辆自主定位与导航无法准确估计车身位姿及导航路径不够平滑等问题,提出一种基于先验激光雷达点云地图的定位与导航方法。利用点云分割技术分离出可行区域以及潜在的风险源,研究基于优化收敛流程的NDT(Normal Distribution Transform)点云配准定位方法,并对传统A*算法从动态权重设计和扩展领域优先搜索策略两方面进行改进,以适应自动驾驶的实时定位与导航需要。实验采用百度Apollo自动驾驶开发套件(D-KIT)进行多组对照实验,在体素降采样Leafsize参数为1(高采样)、1.2(中采样)与1.5(低采样)时,定位耗时分别降低了27.77%,38.75%和38.30%。选取四组符合实际驾驶需求情况进行导航实验,改进后导航路径最大曲率分别降低了80.9%,74.9%,65%,69.5%,导航过程路径曲率保持较低且稳定平滑,曲率数据符合车辆动力学。为车辆定位与高精度导航提供有效方法。

关键词：自动驾驶点云配准路径规划点云处理扩展邻域

一类具有年龄结构的溶瘤病毒模型的动力学行为分析

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南京师大学报（自然科学版） 2024年第3期47卷 8-14页

作者：田小江谭远顺颜莉重庆交通大学数学与统计学院重庆400074

本文考虑到溶瘤病毒感染肿瘤细胞的可能性取决于可以感染的肿瘤细胞的数量,引入了频率依赖性函数,建立了一类具有年龄结构的溶瘤病毒感染模型,并研究了模型的全局动力学行为.首先证明了模型解的存在唯一性,计算了基本再生数R_(0),得到... 详细信息

本文考虑到溶瘤病毒感染肿瘤细胞的可能性取决于可以感染的肿瘤细胞的数量,引入了频率依赖性函数,建立了一类具有年龄结构的溶瘤病毒感染模型,并研究了模型的全局动力学行为.首先证明了模型解的存在唯一性,计算了基本再生数R_(0),得到了稳态的存在定理.之后通过分析特征方程特征根的分布,得到了稳态的局部稳定性结论.最后通过构造Lyapunov函数和运用LaSalle不变集原理,得到模型无感染稳态E^(0)和感染稳态E^(*)的全局稳定性结论:当R_(0)1时,感染稳态E*是全局渐近稳定的.

关键词：年龄结构病毒模型溶瘤病毒稳态 Lyapunov函数全局稳定性

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高效阻燃不饱和聚酯树脂复合材料的制备与研究

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高效阻燃不饱和聚酯树脂复合材料的制备与研究

作者：胡双林重庆交通大学

学位级别：硕士

不饱和聚酯树脂（UPR）是当前热固性树脂中应用最广泛的品种之一,具有耐酸碱、耐化学腐蚀等优异性能,因而广泛应用于航空航天、5G通讯、汽车零部件、轮船制造及建筑等领域。然而UPR由C、H、O元素构成,其极限氧指数很低（19.0%-24.0%）,... 详细信息

不饱和聚酯树脂（UPR）是当前热固性树脂中应用最广泛的品种之一,具有耐酸碱、耐化学腐蚀等优异性能,因而广泛应用于航空航天、5G通讯、汽车零部件、轮船制造及建筑等领域。然而UPR由C、H、O元素构成,其极限氧指数很低（19.0%-24.0%）,是一种极易燃烧的材料,一旦燃烧将释放大量的热和烟,将极大的威胁人们生命财产安全,也限制了其在安全性能要求较高领域中的应用。因此,提高UPR的阻燃性能对其广泛应用和保障人们的生命财产安全是及其重要的。一般地,可通过调控阻燃结构在气相和凝聚相的阻燃作用来提高UPR的阻燃性能,通常可分为添加型阻燃和本征型阻燃,前者是将阻燃剂直接与聚合物进行物理共混,虽然方法简单但阻燃剂在复合材料中容易迁移,阻燃效率较低;而后者是通过阻燃单体或者阻燃固化剂直接将阻燃元素聚合到UPR分子链上,可赋予其长效的阻燃性能。本文针对不饱和聚酯树脂易燃烧和低强度的难题,设计合成了两种添加型阻燃剂并将其加入UPR中,通过磷氮硫（P-N-S）及磷氮硅（P-N-Si）的协同作用调控UPR的阻燃性能。同时,也设计阻燃固化剂并与UPR进行共聚交联制备本征阻燃UPR材料。系统研究添加型阻燃剂和阻燃固化剂对UPR材料的热稳定性、阻燃性能、力学性能及其它性能的影响,构建分子结构-材料组成-性能间构效关系,分析气相和凝聚相阻燃作用,阐明阻燃机理。具体研究内容如下:（1）通过氨基和醛基的亲核加成反应,设计了一种含氮、硫、磷的高效阻燃剂（MA-DOPO）。UPR/MA-DOPO15复合材料的拉伸强度为28.3 MPa,比纯U PR提高了19.9%,这是由于UPR与MA-DOPO15形成了氢键,且复合材料的拉伸强度随着MA-DOPO掺入量的增加呈增长趋势,最高可达39.6 MPa。同时,UPR/MA-DOPO15复合材料通过UL-94 V-0等级,LOI为27.0%,在模拟火灾测试中发现热释放速率峰值（PHRR）和总放热率（THR）分别比纯UPR降低了35.1%和41.6%。最后,研究发现气相中惰性气体的释放和凝聚相中催化炭化作用共同赋予不饱和聚酯优异的阻燃性能。（2）通过有机无机杂化策略设计含氮、磷、硅元素的阻燃剂HNT-Si@PF并用来提高UPR的阻燃性能。当HNT-Si@PF添加量为12.5 wt%时,UPR/HNT-Si@PF12.5通过了UL-94测试能够达到V-0级,LOI高达31.7%。CC测试结果表明PHRR和烟雾释放量（TSP）相比于UPR降低了30.9%和19.5%。另外,经过改性后的UPR复合材料也表现出优异的力学性能,复合材料的拉伸强度和冲击强度分别升高至25.3 MPa和3.2 k J/m2。采用Raman、XPS、SEM、TG-FTIR及PY-GC/MS技术对复合材料及燃烧过后的残炭进行研究,发现凝聚相成炭和气相自由基捕捉效应共同作用于UPR中,使其具有高效的阻燃性能。（3）基于可持续发展理念和多功能聚合物材料发展的高要求,通过分子结构设计合成了含多阻燃元素、芳香环和三嗪结构的阻燃固化剂DP。与UPR相比,UPRDP10的拉伸强度和弯曲强度分别提高54.3%和30.3%,透光性保持在较高水平。同时,UPRDP10材料可以在催化剂的高温高压作用下通过酯键水解进行化学降解。UPRDP10材料通过UL-94 V-0级,LOI为32.2%,且PHRR和THR相比于UPR降低了56.3%和36.1%。此外,通过对UPRDP10阻燃机理进行研究,发现其具有明显的凝聚相膨胀阻燃作用和气相阻燃作用,这也是导致复合材料拥有优异阻燃性能的根本原因。

关键词：不饱和聚酯有机-无机杂化阻燃性能力学性能机理研究

基于系统动力学的重庆低碳城市物流系统优化研究

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基于系统动力学的重庆低碳城市物流系统优化研究

作者：赵凯钦重庆交通大学

学位级别：硕士

重庆市作为成渝地区双城经济圈的主要战略重心之一,近年来随着经济的发展和城镇化进程的加快,城市物流需求逐年提升,产生的温室气体排放问题也日益严重。在《重庆市“十四五”节能减排综合工作方案》中明确提出要加快建立绿色低碳循环... 详细信息

重庆市作为成渝地区双城经济圈的主要战略重心之一,近年来随着经济的发展和城镇化进程的加快,城市物流需求逐年提升,产生的温室气体排放问题也日益严重。在《重庆市“十四五”节能减排综合工作方案》中明确提出要加快建立绿色低碳循环发展经济体系,以早日实现碳达峰、碳中和。对现有城市物流系统进行低碳优化,既是实现城市物流可持续发展的必然选择,也是实现碳达峰战略的必然要求。但是现有的城市物流低碳优化策略研究中,大多数学术工作倾向于探讨单一策略对城市物流碳排放量的影响,忽视了组合策略在城市物流碳减排中的潜在价值和效能。实际上,城市物流作为一个动态变化的复杂系统,其碳排放与城市经济、政策等多方面因素会产生相互作用,单一策略有时难以全面应对碳排放问题。针对这一现象,本文引入系统动力学方法,以碳达峰为导向,对于不同碳减排策略的综合效果及其相互作用情况进行系统性分析,以期为城市物流低碳优化提供更为全面和多元的策略组合方案。主要研究内容包括:(1)基于灰色关联分析与系统动力学理论的城市物流碳排放系统动力学建模。本文以重庆市为研究背景,对重庆城市物流碳排放量进行测算,将测算结果作为系统特征序列值,通过参考相关文献,构建了城市经济与人口、城市物流需求、城市物流运输以及城市物流支持与资源配置在内的四个影响因素子系统,并通过灰色关联分析计算各个子系统对城市物流碳排放的影响程度,在此基础上进行系统分析,明确城市物流碳排放系统的系统边界与内部各要素间的因果关系,在结合实际情况对各影响因素子系统进行调整和扩充后,将城市物流碳排放系统划分为经济与人口、城市物流需求、城市物流运输以及城市物流碳排放与治理四个子系统,为后续研究提供模型基础。(2)基于系统动力学的重庆城市物流系统碳排放研究。对建立的城市物流碳排放系统动力学模型进行历史性分析、敏感度分析等一系列有效性检验后,预测重庆城市物流系统中经济、物流车保有量、碳排放量等一系列关键变量,明确无政策干预的基准情景下重庆城市物流碳排放系统的未来发展情况,为后续政策制定与仿真奠定基础。(3)基于情景分析法的重庆低碳城市物流系统优化策略研究。本文根据基准情景预测与低碳物流政策设定了物流运输结构优化、新能源物流车推广、提高物流业投入、技术投入四种城市物流碳减排策略,基于情景分析法设定了不同的策略组合,利用Vensim平台对四种策略进行单一策略与组合策略仿真,模拟不同策略情景下重庆市城市物流碳排放的变化趋势,得到有助于实现城市物流领域碳达峰的策略组合,并结合模拟结果给出了决策建议。本文针对城市物流碳排放问题,构建了考虑多种影响因素的城市物流碳排放系统动力学模型,结合重庆市的实际情况设定了相应的碳减排策略,系统分析了不同策略组合情景的碳减排效果,对重庆城市物流领域低碳优化有一定的理论与实践意义,也为其他城市物流业碳减排提供了一定的参考价值。

关键词：低碳物流物流碳减排系统动力学 Vensim仿真多情景模拟

不同碳配额准则下考虑政府补贴的双渠道供应链定价与减排策略研究

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不同碳配额准则下考虑政府补贴的双渠道供应链定价与减排策略研究

作者：梁玉婷重庆交通大学

学位级别：硕士

随着“双碳目标”的提出,我国在2021年正式启动了全国碳交易市场。碳配额分配机制作为碳交易的一大核心,对推动制造业低碳转型和维持碳交易市场正常运行起到至关重要的作用。大自然的警示和政府的积极引导使得低碳消费逐渐成为主流。消... 详细信息

随着“双碳目标”的提出,我国在2021年正式启动了全国碳交易市场。碳配额分配机制作为碳交易的一大核心,对推动制造业低碳转型和维持碳交易市场正常运行起到至关重要的作用。大自然的警示和政府的积极引导使得低碳消费逐渐成为主流。消费者们开始展现出对低碳产品的明显偏好,这一变化不仅推动了低碳产品的市场需求,也促使企业更加注重减排和可持续发展。为了进一步鼓励企业减排,促进低碳产品的生产和消费,政府出台了一系列减排补贴措施。同时,随着计算机技术的普及,电子商务快速发展,促使制造企业在加大低碳研发力度的同时,也积极开拓网络直销渠道,从而迎来了双渠道发展的全新格局。因此,本文基于不同碳配额分配方式、不同决策模式,在无政府补贴与考虑政府补贴两种情形下对双渠道供应链上制造商与零售商的最优定价和最优减排量展开研究。本文的研究主要分为两部分:第一部分,分别在历史排放法和基准线法下,构建一个由单个双渠道制造商主导并进行减排投资、单个零售商跟随的双渠道供应链Stackelberg博弈模型,通过逆向归纳法探究供应链各成员的最优定价与最优减排量问题,并将历史排放法与基准线法下的最优决策结果进行对比分析;第二部分,在上述模型研究的基础上,进一步考虑政府对制造商进行减排补贴时,供应链上各成员的定价与减排决策问题。过程中运用了数学推演并结合数值模拟的方法分析政府碳配额分配准则等模型参数对供应链各成员决策的影响。研究表明:集中决策时供应链上的产品减排量、直销渠道与传统线下渠道的产品需求量以及供应链总利润都较分散决策时高;基准线法总能使供应链实现更高的减排水平与更高的产品需求量,但当碳交易价格小于某一阈值时,历史排放法下批发价格、直销渠道价格与传统线下渠道价格会高于基准线法;无政府补贴时,当制造企业的初始碳排放量大于某一阈值,历史排放法下双渠道供应链上各成员的利润将大于基准线法;有政府补贴时,当政府的单位减排量补贴额大于某一阈值,基准线法下双渠道供应链上各成员的利润将大于历史排放法,并且发现只有当碳交易价格大于某一阈值时,政府补贴才有利于降低两种碳配额方式下单位产品价格。本研究的结论不仅可以为企业的减排决策以及产品定价提供有力的依据与参考价值,同时也可为政府营造良好的公众低碳消费氛围、选择科学的碳配额分配方式以及合理设置补贴系数提供坚实的理论支撑。

关键词：碳交易政策低碳偏好低碳减排政府补贴双渠道供应链

面向桥梁水下桩基检测的ROV控制系统设计及实验研究

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面向桥梁水下桩基检测的ROV控制系统设计及实验研究

作者：任建松重庆交通大学

学位级别：硕士

桥梁桩基作为涉水桥梁的重要结构之一,它不仅承受着桥梁的自身载荷,还承载着大量的交通流量和货物运输。随着桥梁的年龄增长和交通负荷的增加,桥梁桩基难免存在一定缺陷。问题一旦出现,将会给桥梁带来重大安全隐患,从而对社会经济造成... 详细信息

桥梁桩基作为涉水桥梁的重要结构之一,它不仅承受着桥梁的自身载荷,还承载着大量的交通流量和货物运输。随着桥梁的年龄增长和交通负荷的增加,桥梁桩基难免存在一定缺陷。问题一旦出现,将会给桥梁带来重大安全隐患,从而对社会经济造成重大损失。因此,对于桥梁水下桩基的监测维护与病害预防工作刻不容缓。本文从实际工程出发,研制了一款面向桥梁水下桩基检测的有缆遥控水下机器人(ROV)样机。本文主要研究工作内容如下:首先,根据工程需求,对ROV设计制定了相关技术指标,并根据指标完成了ROV整体结构设计以及总体通信方案的设计。考虑到作业环境相对复杂,对ROV载体与密封舱进行结构的强度分析,并对密封舱进行防水处理。为了能实现多自由度作业,对推进器进行了布局设计及推力分配,并对关键器件进行了选型。其次,考虑到水下环境的复杂性,对ROV建立了数学模型,主要包括运动学模型与动力学模型。在此过程中,根据实际工况,对动力学模型进行了简化。此外,完成了ROV控制模型的建立并推导了后续运动控制所需的系统传递函数。然后,考虑到ROV在作业状态下的稳定性,完成了ROV控制系统的设计,主要包括ROV电气系统设计以及软件系统设计。首先对照设计指标,完成了对相关硬件设备的选型;然后针对设备供电电压的不同,对ROV供电系统部分进行了设计;接着针对现有电机驱动器在控制过程中容易烧毁的情况,完成了对电机驱动器的重新设计;最后为了解决控制系统在多任务情况下的实时性问题,完成了对ROV实时操作系统的移植。接着,针对ROV存在非线性、强耦合性、模型不精确等问题,结合水下作业情况,对机器人运动控制算法进行了设计。主要以传统PID、串级PID以及PID+模糊PID三种控制方法来对ROV定深运动和定航运动进行控制策略的设计,以提高机器人抗干扰能力,并通过MATLAB/Simulink对三种控制方法进行仿真分析。结果表明,传统PID控制算法效果最差,串级PID算法与PID+模糊PID算法相差不大。结合硬件平台综合评估后,选用串级PID算法作为ROV运动控制算法。最后,为了验证对产品设计的可行性,首先完成对ROV各模块的功能测试;在测试无误的情况下,完成系统的联合调试;然后完成了ROV样机组装与搭建;对照设计指标,将搭载好的样机进行水下测试与工程实测。测试结果表明,本文设计的ROV基本能够达到设计要求。

关键词：桩基检测水下机器人数学建模电机驱动器运动控制