高速铁路双块式无砟轨道计算模型约束方程的建立

为合理处理高速铁路双块式无砟轨道结构动力学分析中梁?板与弹簧、梁?杆与板壳、板壳与实体等连接问题,基于Timoshenko板壳理论和直接法建立多点约束方程,构造双块式无砟轨道组合结构计算模型,将组合结构中相关节点的位移通过偏心关系与板壳理论的直线假设建立的多点约束方程引入Galerkin法的弱积分形式中,解决各种不同类型单元因自由度不同和偏移连接而对组合结构总体刚度矩阵的贡献不同等问题。从理论上分析各种不同类型单元相结合的多点约束方程构建问题,并在此基础上,建立高速铁路双块式无砟轨道结构动力学有限元模型。结果表明:基于Timoshenko板壳理论和直接法所建立的有限元模型是合理的,双块式无砟轨道不同结构层连接良好,能消除常规方法产生的不合理附加应力。     

城市轨道交通列车-浮置板式轨道系统竖向振动模型

针对浮置板式轨道结构特点,取相邻2个扣件之间的轨道为1个轨段单元,钢轨视为连续弹性点支承Euler梁,浮置板视为弹性薄板,扣件系统及橡胶支座均模拟为线性弹簧及粘滞阻尼器,建立浮置板式轨道振动模型;将城轨列车中的车辆均离散为多刚体系统,各刚体之间通过线性弹簧及粘滞阻尼器相连,建立列车振动模型;将浮置板式轨道及列车振动势能叠加,得到系统竖向振动总势能：基于弹性系统动力学总势能不变值原理及形成系统矩阵的“对号入座”法则,建立此系统竖向振动矩阵方程;采用Wilson-θ逐步积分法求解此矩阵方程,得出此系统竖向振动响应。研究结果表明：采用浮置板式轨道振动模型计算的钢轨竖向位移为4．18mm。浮置板竖向位移为0．69mm,与已有研究结果吻合良好：城轨列车以速度60km／h在浮置板式轨道上运行时的系统竖向振动响应波形图符合物理概念,响应的量值反映了系统竖向振动的通常幅值。     

基于振动响应的浮置板轨道钢弹簧失效影响及检测方法

为了研究钢弹簧失效对装配式浮置板轨道动力性能的影响,并有效检测钢弹簧在线路运营过程中的服役情况,基于深圳地铁某线钢弹簧浮置板轨道结构,利用ABAQUS软件建立了含有钢弹簧失效的车辆-浮置板轨道垂向耦合动力学有限元模型,探究了单个及组合钢弹簧失效对浮置板轨道动态性能的影响,并提出了基于振动传递率函数和奇异值熵理论的钢弹簧失效检测方法。研究结果表明：车辆垂向加速度对单个或多个钢弹簧失效的敏感度较低;相较跨中位置,浮置板端部发生单个钢弹簧失效对轨道结构的振动响应影响更大;当多个钢弹簧失效时,钢轨和浮置板最大垂向位移较单个钢弹簧失效显著增大,且全部超过相关限值,这将对浮置板轨道结构的稳定性产生较大影响;在钢弹簧失效后,检测点之间振动传递率的最大值及平均值相比于失效前有所减小,并且失效前后的奇异值熵也发生明显变化。本文通过提取各测点垂向加速度响应,结合振动传递率函数的最值、均值及奇异值熵指标的检测方法能较好地反映钢弹簧的失效情况,以期为今后钢弹簧损伤检测的工程应用提供理论指导。     

严寒地区无砟轨道温度场及轨道板温度梯度预估模型

严寒地区无砟轨道结构的温度荷载取值,是轨道结构设计及服役性能研究急需解决的关键工程问题。基于东北地区大连、沈阳、长春、哈尔滨四个主要城市的历史气象数据及热力学基本原理,建立了CRTS Ⅰ 型板式无砟轨道-路基结构热力学模型,分析在不利气象条件下无砟轨道-路基结构温度场分布特征,拟合计算结果建立了轨道板最大正负温度梯度与气象数据关系预估模型,对东北严寒地区轨道板最不利温度梯度进行讨论。结果表明：CRTS Ⅰ 型板式无砟轨道-路基结构内部温度垂向分布呈非线性,0.2米深度范围内,轨道板及路基的日温度变化幅度较为剧烈,在一日内承受正负温度梯度的交替作用,1.4m深度后路基的温度趋于平稳,变化幅度可以忽略;通过日气温温差、日太阳辐射总量、风速三个主要气象数据,可以较好的预估CRTS Ⅰ 型板式无砟轨道轨道板一日内的最大正负温度梯度;轨道板的最大正温度梯度与日温差和太阳辐射总量成正比,与风速成反比,轨道板的最大负温度梯度与日温差、太阳辐射量及风速成正比。     

直线电机轨道交通系统路基上板式轨道的动力学特性

针对广州直线电机轨道交通系统的特点,建立了路基上直线电机轨道交通系统板式轨道空间耦合动力学模型及动力学微分方程.通过仿真试验,从动力学的角度研究了直线电机与感应板之间的气隙控制技术以及路基上板式轨道的动力特性,为板式轨道的设计、竖错不平顺控制提供理论基础和参考建议.     

有限元分析中体元和壳元的连接

对三维体壳组合结构进行了深入的研究,提出了新的合理假设,并以该假设为基础,应一维２０节点等参元与退化壳元的连接建立了一组新的多点约束方程,考虑了壳元节点的法向变形,实现了体壳的良好连接,这是一种增扩自由度法,消除了常规方法产生的不合理附加和,从理论上完善了有限元分析中的体壳连接问题,具有极大的工程意义,此外,还捞 单元的特性,并给出了算例分析。     

温度梯度作用下纵连板式无砟轨道疲劳应力谱

为了研究服役期间温度梯度作用下纵连板式无砟轨道疲劳应力谱,建立基于传热学理论的纵连板式无砟轨道温度梯度计算模型和温度梯度作用下疲劳应力谱计算模型,并对模型进行验证。以广州气象数据为例,首先利用经过验证的温度梯度计算模型计算服役期间轨道板温度梯度时程曲线,然后将所计算的温度梯度时程曲线输入经过验证的疲劳应力谱计算模型,得到服役期间自重和温度梯度时程曲线作用下不同板厚和裂缝间距的纵连板式无砟轨道疲劳应力谱。研究结果表明:服役期间温度梯度作用下纵连板式无砟轨道疲劳应力谱具有明显的时变特性;板厚对温度梯度作用下服役期间纵连板式无砟轨道疲劳应力谱影响较小,裂缝间距对其影响很大。     

水泥沥青砂浆劣化对板式轨道动力学性能的影响

基于高速列车-板式轨道系统空间振动分析理论,研究板式轨道水泥沥青砂浆(CAM)填充层的劣化(如脱层、开裂、脆化与碎裂等)引起的轨道板悬空现象对板式轨道振动响应的影响.研究结果表明:与CAM正常工作状态相比,CAM劣化造成轨道板悬空,从而引起轨道板加速度增大10多倍,位移增大20多倍;钢轨对轨道板的压力急剧增大,且出现拉力现象;随着速度的提高,系统其他动力响应值也迅速增大.故在板式轨道养护维修中,应严格控制CAM病害.     

GSQ24壳体单元在组合结构分析中的应用

将GSQ24壳体单元用于板壳与梁和实体结构的组合分析,在不同类型单元联结交界处,通过位移协调条件建立的几何约束方程直接引入到壳体单元的刚度矩阵和载荷向量中,给出了相应有限元列式。算例结果表明了本文方法的合理性和通用性。     

锚拉板式索梁锚固结构焊缝抗疲劳性能研究

以组合斜拉桥锚拉板式索梁锚固结构为对象,进行1∶2.5的锚拉板式索梁锚固结构缩尺模型疲劳试验,并采用MSC Marc有限元软件建立有限元模型进行数值模拟,研究了锚拉板式索梁锚固结构中锚拉板的应力分布规律及疲劳性能.结果表明,锚拉板式索梁锚固结构关键部位为锚拉板与加劲肋、主梁顶板间连接焊缝处,以及锚拉板中部开口附近部位;循环加载过程中的动应变时程曲线和静载时测点应力-荷载曲线均基本呈线性关系,静载时测点的Von Mises应力、测点应力-荷载曲线均不随荷载循环次数发生变化,锚拉板试验模型处于弹性工作状态;200万次疲劳试验后,整个试验模未出现裂纹和异常现象;该锚拉板式索梁锚固结构所有焊缝的应力幅小于BS5400规定的容许疲劳应力.     

Simplified Beam Design for Semi-Rigid Composite Frames at the Serviceability Limit State

This paper presents a simplified beam design method for semi-rigid composite frames with vertical loading at the serviceability limit state. Equations were developed to determine the deflections of the composite beam allowing for both joint flexibility and beam sectional properties, along with a formula for the connection secant stiffness. The equations for the connection stiffness are more accurate than previous equations used because it considers the beam-to-column stiffness ratio and the beam-to-connection stiffness ratio. The equations were validated by the experimental results for two semi-rigid composite frames. The equations agree well with the experimental data because they take into account the actual beam-to-column connections and the composite action between the steel beam and the concrete slab.     

分布式通信模式下的多导弹协同制导与控制律

针对基于分布式通信数据链的多枚侧滑转弯导弹采用领弹-从弹模式协同作战的问题,提出一种协同作战制导控制方法.假设领弹按照比例导引律攻击目标,设定领弹和从弹之间的通信拓扑并设领弹为唯一的根节点,将各导弹的弹目距离作为协调变量,在弹间通信拓扑固定和跳变的情况下,研究了能使各从弹的弹目距离与领弹的弹目距离达到协同一致的一致性协调策略,从而得到各从弹的期望弹目距离.基于反馈线性化方法,并考虑框架角等约束,推导了能够使从弹的实际弹目距离跟踪期望弹目距离的速度前置角指令.综合考虑侧滑转弯导弹的制导与控制问题,建立了其在水平面内运动的制导控制一体化模型,基于滑模动态面控制理论,设计了能够良好跟踪速度前置角指令的鲁棒控制器.仿真结果验证了所提出协同制导控制方法的有效性.      

基于互信息的帕金森病脑皮层功能连接

帕金森病的早期症状是很难察觉的,目前还没有一个明确的生物标志物可以准确地检测出早期的帕金森病。本文为了探究帕金森病的潜在生物标志物,分析15名帕金森病患者和15名健康对照者闭眼状态下的溯源后的脑电信号。首先,使用互信息测量两组受试者的大脑各个区域之间的功能连接。之后,对两组受试者之间的每个连接对的互信息值进行独立样本t检验,检测两组受试者之间显著差异的连接边。最后,将具有显著差异的连接边作为特征进行分类。结果表明,帕金森病患者的大脑各个区域之间的互信息值整体小于健康对照组,并发现在额顶叶和顶枕叶之间的功能连接差异十分显著（p<0.01）。利用互信息功能连接指标对帕金森病患者和健康对照组分类时,测试准确率为76.7%,验证了基于互信息的脑功能连接对帕金森病研究的有效性。这些发现表明额顶叶和顶枕叶之间功能连接性的降低可能是帕金森病的一个潜在生物标志物。本文系首次使用互信息这一功能连接指标对帕金森病进行研究,这为帕金森病的神经机制研究提供了一个新的途径。     

桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋概率S-N曲线研究

为研究桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋的疲劳特性,对HRB500钢筋标准试件进行对称循环荷载下轴向拉压疲劳试验,得到不同应力水平下HRB500钢筋标准试件的疲劳寿命及其累积失效概率.在此基础上,以相关系数p和Theil不等系数u作为估计精度评价指标,对3种常用的三参数威布尔分布参数估计方法进行对比研究,并用精度最高的灰色预测法对HRB500钢筋标准试件疲劳寿命的威布尔分布参数进行估计,得到不同应力水平下HRB500钢筋疲劳寿命分布函数.最后,基于Kohout-Vêchet方程,建立全应力水平范围内可靠指标为4.2的HRB500钢筋概率S-N曲线.本文的研究成果可为服役期间组合荷载下桥上纵连板式无砟轨道HRB500钢筋疲劳寿命预测模型的建立提供试验依据.     

表征驾驶风格和驾驶员能力的驾驶员模型

由于驾驶员群体的驾驶方式和驾驶能力的差异,所决策的加速度值与最优值存在不同程度的偏差.本文作者在原有最优预瞄侧向驾驶员模型的基础上发展了多点多目标决策模型,以驾驶员的视野特征和决策意愿表征驾驶风格,并对驾驶员能力建模.Simulink/Carsim联合仿真结果表明,包括4个自由参数模型能够反映出不同驾驶员的驾驶行为,并有望应用于提升无人驾驶车辆乘坐感受的研究.      

路基不均匀沉降对车辆和轨道动力响应的影响

以经典车辆-轨道耦合动力学为基础,推导了考虑重力的板式轨道相关结构振动方程,结合多刚体的车辆系统动力学模型,建立了考虑重力的车辆-板式轨道垂向耦合分析模型,提出了通过路基反力变化模拟路基不均匀沉降的具体方法,并对模型和方法进行了必要的验证.利用该模型研究了行车速度及路基不均匀沉降(包括路基不均匀沉降幅值、路基不均匀沉降波长等)对系统动力响应的影响.研究表明:随着行车速度和路基不均匀沉降幅值的增加,系统响应均相应增加,路基不均匀沉降对车辆运行影响的控制性指标应以舒适性指标为主、安全性指标为辅;随着路基不均匀沉降波长的增加,系统动力响应存在一个先增加后减小的过程,路基不均匀沉降的敏感波长与混凝土底座的长度有关.     

Modeling and optimal vibration control of conical shell with piezoelectric actuators

In this paper numerical simulations of active vibration control for conical shell structure with distributed piezoelectric actuators is presented. The dynamic equations of conical shell structure are derived using the finite element model (FEM) based on Mindlin's plate theory. The results of modal calculations with FEM model are accurate enough for engineering applications in comparison with experiment results. The Electromechanical influence of distributed piezoelectric actuators is treated as a boundary condition for estimating the control force. The independent modal space control (IMSC) method is adopted and the optimal linear quadratic state feedback control is implemented so that the best control performance with the least control cost can be achieved. Optimal control effects are compared with controlled responses with other non-optimal control parameters. Numerical simulation results are given to demonstrate the effectiveness of the control scheme.     

轻型钢筋混凝土复合楼板的三维有限元分析

建立混凝土钢筋复合楼板的三维有限元模型，研究轻型钢筋混凝土复合楼板在常温静载下的力学性能，得到了复合楼板全场的应力分布以及钢筋与混凝土交界处的应力分布，对进一步研究火灾条件下复合楼板的力学性能奠定了基础。     

一类多点共振方程组边值问题正解的存在性

求解共振微分方程边值问题解的存在性比较困难,要得到共振微分方程边值问题的正解更加困难。针对研究领域中这一问题,着重研究了一类多点共振微分方程组边值问题正解的存在性。在前人研究成果的基础上,选取的不同的算子,将方程扩展为方程组。通过在合适的空间中定义恰当的范数使之成为Bananch空间,利用O'Regan和Zima所研究出来的范数形式的Leggett-Williams定理,对非线性项做出合理的假设条件,得到了共振微分方程组边值问题正解的存在性定理。