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轮轨激扰下轨道车辆轴箱轴承振动与润滑特性分析

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中国机械工程 2024年第4期35卷 580-590页

作者：马巧英杨绍普刘永强石家庄铁道大学交通运输学院石家庄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 石家庄铁道大学机械工程学院石家庄050043

基于赫兹接触和弹流润滑理论建立了考虑轴箱轴承的轨道车辆模型,研究了轮轨激扰对轴箱轴承的振动特性和油膜刚度特性的影响规律。分别采用MATLAB/Simulink和UM软件建立了轴承动力学模型和轨道车辆模型,通过相互作用力实现二者的耦合关... 详细信息

基于赫兹接触和弹流润滑理论建立了考虑轴箱轴承的轨道车辆模型,研究了轮轨激扰对轴箱轴承的振动特性和油膜刚度特性的影响规律。分别采用MATLAB/Simulink和UM软件建立了轴承动力学模型和轨道车辆模型,通过相互作用力实现二者的耦合关系。模拟了轴承和轮对的典型故障形式,并详细分析了这些故障对轴承的振动特性和润滑特性的影响。研究结果表明:润滑可以有效减小轴承的振动;轴承的局部故障将导致油膜刚度的增大,轴承故障和车轮扁疤都对润滑的影响较为显著;此外,轮轨激扰会降低轴承外圈的振动比率,但是会增大车辆其他部件的振动,对车体的振动几乎无影响。

关键词：轴箱轴承弹流润滑建模轮轨激扰振动特性

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近断层速度脉冲地震下重载铁路桥梁抗震性能与行车安全性研究

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铁道科学与工程学报 2024年

作者：李勇张海波陈树礼刘永前石家庄铁道大学道路与铁道工程安全保障省部共建教育部重点实验室石家庄铁道大学安全工程与应急管理学院

近断层地震动具有显著的速度脉冲效应，使得铁路简支梁桥结构面临更高的震损风险。为研究重载列车过桥时的桥梁抗震性能与行车安全性，本文基于ANSYS/LS-DYNA软件建立了重载铁路列车-轨道-桥梁（HRTTB）耦合系统的三维模型，同时考虑了... 详细信息

近断层地震动具有显著的速度脉冲效应，使得铁路简支梁桥结构面临更高的震损风险。为研究重载列车过桥时的桥梁抗震性能与行车安全性，本文基于ANSYS/LS-DYNA软件建立了重载铁路列车-轨道-桥梁（HRTTB）耦合系统的三维模型，同时考虑了桥墩、支座、横向三角限位撑等关键构件及轮-轨接触的非线性特性，并通过列车运行试验结果验证了其合理性。进而以某重载铁路简支梁桥为研究对象，分析了近断层速度脉冲型地震动对多跨简支梁桥与重载列车耦合时的地震响应规律，并与远场波及按规范反应谱合成人工波的地震响应进行对比。研究结果表明：重载列车的存在导致HRTTB系统自振周期延长，近场地震响应显著增强。近场脉冲型地震动下，墩底平均曲率较远场和人工波分别增加了约48%和39%，部分桥墩在罕遇地震下进入弹塑性阶段。相比于桥墩，支座的响应更加敏感，固定支座的位移峰值分别增大了71.5%和55.5%，横向限位撑在支座破坏后极易失效，而支座和横向限位撑的损伤破坏可耗散部分地震能量，对桥墩起到一定的保护作用。近场地震动的横向速度脉冲效应导致列车脱轨系数分别增大了114.3%和89.1%，列车行车安全性显著降低，即使在设计地震下也会发生脱轨。本文建立的HRTTB非线性仿真模型计算高效并能够考虑列车系统的影响，可为其他列车-轨道-桥梁耦合系统的动力响应分析提供参考。

关键词：近断层地震速度脉冲效应重载铁路简支梁桥非线性损伤破坏车-桥相互作用行车安全性

参数冻结精细指数积分法在非线性车桥耦合振动分析中的应用

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力学学报 2024年第1期56卷 258-272页

作者：张宇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 石家庄铁道大学河北省工程力学基础学科研究中心石家庄050043

描述车桥耦合作用的基本问题是一个时变系统问题,且很多工况下需考虑非线性特性,使得该问题难以得到解析解,甚至数值解也可能很复杂.针对该问题的求解,提出了一种参数冻结精细指数积分法,将其应用于车桥耦合动力学模型的数值分析中.该... 详细信息

描述车桥耦合作用的基本问题是一个时变系统问题,且很多工况下需考虑非线性特性,使得该问题难以得到解析解,甚至数值解也可能很复杂.针对该问题的求解,提出了一种参数冻结精细指数积分法,将其应用于车桥耦合动力学模型的数值分析中.该方法结合了精细积分和指数积分特点,并将时变系数矩阵在每一积分步参数冻结,用于获得系统振动响应的数值解.考虑汽车轮胎与桥面的力和位移耦合关系、桥面沥青铺装层、桥梁材料黏弹性和几何非线性特性,建立了车桥耦合动力学模型,并应用参数冻结精细指数积分法对该模型进行了求解.通过与近似解析解、辛Runge-Kutta算法以及经典的Newmark-β数值积分法计算结果进行对比,验证了所提出方法计算结果的有效性和准确性.在此基础上,制作了缩尺车桥耦合系统模型,测试了跨中挠度响应,进一步验证了理论建模和所提算法的有效性和实用性.通过数值计算分析了所提算法的数值特性,结果表明:提出的参数冻结精细指数积分法不仅可以处理时变、非线性问题,且具有良好的数值计算精度和长时间数值稳定性;由于精细积分的特点,参数冻结精细指数积分法的计算时间步长可以取的较大,可有效提高计算效率.因此,所提出的参数冻结精细指数积分法预期可成为求解车桥耦合动力学问题的一种新的高效算法.

关键词：精细指数积分法车桥耦合振动参数冻结非线性时变系统辛Runge-Kutta算法

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深埋山岭隧道复合式衬砌水压力计算方法

铁道标准设计 2024年第10期68卷 129-134页

作者：张素敏石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 道路与铁道工程安全保障省部共建教育部重点实验室(石家庄铁道大学) 石家庄050043

富水山岭地区隧道衬砌结构设计中,采用限制排水方式由于可以兼顾隧道本身结构安全和周围环境的保护而逐渐被认同,目前多采用设置防水板和盲沟排水体系的复合式衬砌结构,对其二衬水压力,目前尚缺乏类似围岩压力的简单实用的方法。视二衬... 详细信息

富水山岭地区隧道衬砌结构设计中,采用限制排水方式由于可以兼顾隧道本身结构安全和周围环境的保护而逐渐被认同,目前多采用设置防水板和盲沟排水体系的复合式衬砌结构,对其二衬水压力,目前尚缺乏类似围岩压力的简单实用的方法。视二衬和防水板为堵水层,围岩-注浆圈-喷混凝土-盲沟为排水路径,基于整体式衬砌的渗流理论,推导出排水路径上总水头降与限排流量成正比,分析得出二衬和防水板外水压力为总水头与总水头降之差,可以省去根据盲沟排水系统流量换算二衬假想渗透系数的步骤,提出一种简易可行的复合式衬砌隧道二衬水压力的解析计算方法,可在设计阶段基于隧道允许排水量或二衬水压力直接进行二衬结构计算和围岩加固设计,实现对地下水的主动控制,确保衬砌结构安全。

关键词：深埋隧道山岭隧道复合式衬砌水压力渗流场解析计算

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基于冲击声学响应的轨道板脱空识别方法

铁道标准设计 2024年

作者：张晓东杨雅迪马超石家庄铁道大学道路与铁道工程安全保障省部共建教育部重点实验室石家庄铁道大学交通运输学院

轨道板脱空直接影响无砟轨道的服役性能，准确、高效地检测轨道板脱空范围是无砟轨道养护维修中急需解决的难题。建立带脱空轨道板冲击声学响应仿真计算模型，研究轨道板冲击声学响应信号的小波包能量特征和互相关函数特征，构建互相关... 详细信息

轨道板脱空直接影响无砟轨道的服役性能，准确、高效地检测轨道板脱空范围是无砟轨道养护维修中急需解决的难题。建立带脱空轨道板冲击声学响应仿真计算模型，研究轨道板冲击声学响应信号的小波包能量特征和互相关函数特征，构建互相关函数幅值-频带能量指标作为轨道板脱空识别指标；提出基于逐点冲击声学响应特征的轨道板脱空识别方法，分析该识别方法的抗噪性。计算表明，脱空中心测点声学响应信号的频带2能量值约为未脱空测点的4倍，随测点与脱空中心相对距离增大，互相关系数呈增大趋势，频带2能量呈减小趋势；构建的互相关函数幅值-频带能量特征指标抗噪性高，其在噪声水平40 dB条件下仍能保持良好的识别精度。研究表明，脱空轨道板在瞬态激励作用下的声学响应信号特征显著，基于冲击声学响应的网格化扫描式逐点检测方法可准确识别脱空范围。

关键词：无砟轨道脱空识别声学响应小波包互相关系数抗噪性

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安装肋条斜拉索的涡激振动和气动力特性研究

湖南大学学报（自然科学版） 2024年第7期51卷 95-110页

作者：刘庆宽韩鹏孙一飞褚泽楷王滨璇李凯文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(石家庄铁道大学) 河北石家庄050043 河北省风工程和风能利用工程技术创新中心(石家庄铁道大学) 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

以安装肋条斜拉索为研究对象,通过风洞试验系统研究肋条的安装方式(通长安装和间断交错安装)、尺寸和数量对斜拉索涡激振动和气动力的影响,并分析涡激振动的抑制机理.结果表明:和标准斜拉索相比,安装肋条斜拉索能有效抑制涡激振动,且间... 详细信息

以安装肋条斜拉索为研究对象,通过风洞试验系统研究肋条的安装方式(通长安装和间断交错安装)、尺寸和数量对斜拉索涡激振动和气动力的影响,并分析涡激振动的抑制机理.结果表明:和标准斜拉索相比,安装肋条斜拉索能有效抑制涡激振动,且间断交错安装方式的抑振效果优于通长安装方式,肋条数量为8根的控制效果优于6根和12根;增加肋条宽度和厚度都会减小涡激振动振幅;肋条斜拉索的脉动升力系数显著小于标准斜拉索,且功率谱尖峰幅值降低或不存在显著尖峰,表明间断交错肋条可以降低卡门涡脱落强度甚至完全抑制;对于气动力,在试验雷诺数范围内,安装肋条后平均气动力系数无明显雷诺数效应;相比于标准斜拉索,肋条为通长安装时均会增加斜拉索的平均阻力系数,而采用间断交错安装时,不同肋条数量、尺寸和风攻角对斜拉索的增阻减阻情况不同.当采用8根尺寸为20 mm×15mm的肋条间断交错安装时,在所有风攻角下都有良好的抑振效果,最大涡振振幅减小率可达到96.79%,且平均阻力系数均稳定在1.13附近,平均升力系数均稳定在0附近.

关键词：斜拉索肋条风洞试验涡激振动气动力特性

可“临-永”转换抢修钢墩设计及应急使用稳定性

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铁道学报 2024年第8期46卷 152-160页

作者：刘子玉陈士通支墨墨张红涛张凯石家庄铁道大学大型基础设施性能与安全省部共建协同创新中心河北石家庄050043 石家庄铁道大学河北省交通应急保障工程技术创新中心河北石家庄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河北石家庄050043 石家庄铁路职业技术学院铁道工程系河北石家庄050041

为解决既有桥墩抢修器材仅适用于临时抢修、不能与永久恢复有效结合的问题,提出一种可“临-永”转换抢修钢墩,并介绍其结构组成和结构特点。针对应急使用阶段,基于Abaqus建立空间模型开展结构稳定分析,考虑列车活载、横向风载、制动力... 详细信息

为解决既有桥墩抢修器材仅适用于临时抢修、不能与永久恢复有效结合的问题,提出一种可“临-永”转换抢修钢墩,并介绍其结构组成和结构特点。针对应急使用阶段,基于Abaqus建立空间模型开展结构稳定分析,考虑列车活载、横向风载、制动力、平面扭转、初始缺陷等影响因素,分别从线弹性和非线性两个层面系统研究应急使用状态结构稳定性能。研究表明:线弹性分析时,随着横向风压增大,钢墩临界荷载呈减小趋势,下降速率与列车荷载强度及活载加载图式相关;钢墩临界荷载随着平面扭角增大呈减小趋势,具体使用时宜将扭转角度控制在0.5°以内,此外,平面扭转发生位置越低,对结构稳定影响越明显;钢墩临界荷载随几何初始缺陷增大呈下降趋势,不同类型缺陷对钢墩稳定的影响程度由大到小为双向缺陷、横向缺陷、纵向缺陷;考虑非线性影响时,双重非线性影响最大,材料非线性次之,几何非线性最小。

关键词：桥梁工程抢修钢墩稳定性 “临-永”转换应急使用线弹性非线性

变转速工况下基于快速谱平均峭度图的列车轮对轴承故障诊断

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铁道学报 2024年第5期46卷 38-47页

作者：刘文朋杨绍普刘泽潮刘永强顾晓辉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 石家庄铁道大学机械工程学院河北石家庄050043

由于受到轮轨激励的干扰,轮对轴承故障特征易被背景噪声所淹没,且在变转速模式下故障特征具有时变性,进一步加剧了提取难度。为此,提出一种基于快速谱平均峭度图的列车轮对轴承故障特征提取方法。根据频谱趋势将频谱划分为若干子带,采用... 详细信息

由于受到轮轨激励的干扰,轮对轴承故障特征易被背景噪声所淹没,且在变转速模式下故障特征具有时变性,进一步加剧了提取难度。为此,提出一种基于快速谱平均峭度图的列车轮对轴承故障特征提取方法。根据频谱趋势将频谱划分为若干子带,采用Meyer小波构造带通滤波器,计算每个窄带滤波信号的平均峭度并构造快速谱平均峭度图;选取最优频带进行解调,消除背景噪声的影响;通过相位函数对滤波信号进行迭代广义解调,解决时变故障冲击间隔带来的频谱模糊问题。仿真和试验分析结果表明所提方法有效克服了强背景噪声和时变故障特征的干扰,为变转速工况下轮对轴承故障特征提取提供了新的解决策略。

关键词：轮对轴承故障诊断变转速平均峭度迭代广义解调

立交桥冬季现浇C50级后张法预应力混凝土箱梁

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铁道标准设计 1998年第6期18卷 12-13页

作者：许前顺王志杰苏在林铁道部第十八工程局五处铁道部第十八工程局安质处

结合施工介绍在北方寒冷地区冬季现浇C50级预应力后张法高等级混凝土箱梁的具体方法。

关键词：冬季立交桥后张法预应力混凝土箱梁