重载机车车轮不圆演变规律及动态影响

针对六轴重载机车存在的车轮不圆顺伤损问题,开展了一个镟轮周期内的不圆顺现场跟踪测试,分析了车轮不圆顺随运行里程的演变规律及谐波分布特征.建立了重载机车-轨道纵垂耦合动力学模型,以不圆顺作为激扰输入,研究了不圆顺演变对机车轮轨动态相互作用的影响.结果表明,三轴转向架端部轮对不圆顺发展速率比中间轮对更快,运营至17×10~4km时,车轮径向偏差幅值最大接近0.9 mm, 1～3, 6～8阶谐波是车轮不圆顺的主要构成.不圆顺极易引起较大的轮轨垂向冲击振动和轮重减载现象,诱发轮轨高应力接触状态,不利于机车牵引性能的稳定发挥,尤以7阶谐波影响最为显著.运营里程超过10×10~4km时,建议进行车轮不圆检修.     

高速动车组轮轨载荷分布特征

轮轨载荷对高速动车组/轨道系统动力学性能和结构可靠性有十分重要的影响.目前研究主要给出了轮轨力峰值或者幅值,对其载荷分布规律很少涉及.本文制作了某型高速动车组测力轮对,实际线路上测试并获得了该型高速动车组运行过程中轮轨力引起的应变信号,最高测试速度368 km/h.对测试数据进行处理和分析,获得了列车高速直线和曲线运行工况下的轮轨力时间历程.统计了轮轨载荷峰谷值和频次,获得了不同速度等级下轮轨力分布规律.结果表明,轮轨垂向力总体上呈正态分布,而横向力呈威布尔分布;一般列车运行速度越高,轮轨力波动范围越大;列车350 km/h直线运行时的最大轮轨垂向力约为156.6 kN、最大轮轨横向力为26 kN;曲线半径和列车曲线通过速度对轮轨力幅值有明显影响.本文给出的轮轨载荷统计特征,为高速轮轴结构设计和轨道系统结构损伤研究等提供了重要帮助.     

基于轮轨多点接触的浮置板轨道钢轨波磨安全限值分析

地铁线路中钢轨产生的波磨,会使轮轨相互作用恶化,危害车辆及轨道的使用寿命,进而导致养护工作量和维修费用的增加,甚至影响列车运行安全性.确定钢轨波磨安全限值并及时打磨是消除钢轨波磨危害的有效手段.为了确定浮置板轨道钢轨波磨安全限值,基于车辆-轨道耦合动力学理论建立车辆-浮置板轨道耦合动力学模型分析钢轨波磨对车辆-轨道耦合系统的动力学影响,并从车辆运行安全性、运行平稳性和车-轨动态作用性能3个方面考量,提出地铁浮置板轨道线路钢轨波磨的限值.为了更准确地描述轮轨相互作用,所建立的车辆-浮置板轨道耦合动力学模型采用了改进的Kik-Piotrowski方法以考虑轮轨多点非Hertiz接触.研究结果表明,钢轨波磨的出现会使得轮轨相互作用明显恶化,特别是波长小于75 mm的钢轨磨耗;随着钢轨波磨的波长减小、波深加大,轮轨垂向力、轮轨横向力以及脱轨系数、轮重减载率等评价指标都呈现恶化的趋势;其中轮重减载率受波长波深的影响最明显,在一定波长下,随着波深的增加,轮重减载率也最先超出安全限值.当列车运行速度为80 km/h时,波长为0.05 m左右的钢轨波磨的波深应控制在0.2 mm以下,波深为0.1 mm左右的钢轨波磨的波长应控制在30 mm以上.     

数值计算求解非线性动力方程

由于非线性动力方程中的外荷载或结构体系随时间发生改变,其解析解往往很难获得,需要采用数值算法进行求解.文章首先介绍了激励线性插值法、中心差分法、Newmark 的平均加速度法和线性加速度法的基本原理,随后给出了在Madab中编制的函数范例及各方法的动力响应求解结果.经与理论解比较,验证了所编制函数的正确性,可作为工程设计人员求解一般非线性动力响应问题的一条简便途径.     

车轮扁疤冲击下重载机车齿轮传动系统动态特性分析

利用基于车辆-轨道耦合动力学与齿轮动力学理论建立的考虑齿轮传动系统动态耦合效应的机车-轨道耦合动力学模型,同时考虑车轮扁疤冲击激励和齿轮传动时变啮合刚度激励,仿真分析了机车以60 km/h的速度匀速运行时不同尺寸车轮扁疤诱发的附加轮轨冲击力,研究了扁疤尺寸对重载机车齿轮传动系统动态性能的影响.结果表明:(1)新扁疤长度的不断增大,齿轮副的啮合力和动态传递误差(dynamic transmission error, DTE)的最大值随之增大,特别是当新扁疤长度超过60 mm时,啮合力和DTE的最大值急剧增大;(2)旧扁疤深度一定时,轮轨力最大值随扁疤长度的增大而逐渐减小,啮合力和DTE的最大值变化趋势与轮轨力最大值的变化趋势基本一致;(3)当旧扁疤长度一定时,轮轨力最大值随扁疤深度的增加而逐渐增大;当扁疤深度超过0.5 mm后,轮轨力最大值增长速率减缓,而啮合力和DTE的最大值增长速率反而增大.本文研究工作对铁路机车齿轮副的设计参数选取、动态特性评估、疲劳寿命估算以及轮对维护具有一定的理论参考价值.     

无缝线路结构设计

本文结合某工程实例,根据无缝线路的强度及稳定条件确定轨温变化幅度和轨温升温幅度,综合稳定条件、钢轨拉、压应力相平衡以及焊缝焊接材质及本地区的温度特征等因素,从无缝线路锁定轨温设计着手,对无缝线路结构主要设计参数伸缩区长度、预留轨缝值、缓冲区、防爬设备数量及长轨节和观测桩布置等进行相关设计计算,同时进行温度压力峰检算.当锁定轨温设计值及压力峰处的升温幅度值均低于强度和稳定条件下的轨温允许值时,则可进行无缝线路结构设计.     

车-桥动力相互作用简化方法研究

在不同速度车辆作用下的桥梁响应有其复杂性,随着高速铁路在国内外的迅速发展,高速列车与桥梁的动力相互作用越来越受到研究者的重视.通过有限元分析软件建立桥梁有限元模型,分别以移动荷载和移动质量模拟车辆,对高速行驶的列车与简支桥梁的动力响应进行了研究和比较,比较了两种方法的可靠性及适用条件.     

底质粒度信息的空间分异与代表性: 以杭州湾舟山岛-金山卫断面为例

对杭州湾舟山岛-金山卫断面沉积物柱状样进行了高密度采样, 并用激光粒度仪进行了粒度分析. 结果显示, 在不同站位沉积物平均粒径具有不同的垂向分布. 由于该断面所在区域海底活动性强, 短时间尺度的活动层厚度的量级远高于长时间尺度的净沉积速率的量级, 平均粒径的垂向分布特征更多地反映了同一沉积环境中形成的不同类型沉积记录, 很难代表沉积环境的长时间尺度演化. 粉沙为主和沉积物粒径的垂向平均值随着厚度的增加而呈现收敛趋势的底质粒度特征, 说明物源因素控制着研究区总体的沉积物分布规律, 而水动力因素造成了一定程度的沉积分异. 沉积物的垂向分异使表层底质粒径的断面分布不同于活动层内垂向平均底质粒径的断面分布. 对于强潮、粉沙环境的沉积物输运模拟而言, 如果涉及的时间尺度较大, 则采用活动层的平均值作为模型的粒度参数较为合适.     

结构阻尼比对高速列车作用下桥梁动态响应的影响

车桥动态响应问题随着越来越多动车组的运行日益受到工程界的关注.通过有限元分析软件建立桥梁有限元模型,以移动质量模拟车辆,对不同工况下高速行驶的列车与简支桥梁的动力响应进行了研究和比较,得出了阻尼比对桥梁震动的影响.     

车辆与桥梁动力相互作用简化方法研究

通过有限元分析软件建立桥梁有限元模型,以移动荷载和移动质量模拟车辆,对不同工况下高速行驶的列车与简支桥梁的动力响应进行了研究和比较,比较了两种方法的可靠性及适用条件.     

具有周期结构的垂直激励系统中颗粒物质隆起的形成和输运

在外加垂直激励条件下, 存在周期底部结构的槽中, 实验观察到颗粒物质隆起的形成和输运. 槽的底部结构有两种. 一种为由10个矩形凸起构成的周期状. 外加激励较弱时, 槽中形成多个小隆起, 其个数与底部凸起的个数相同, 并且小隆起均位于底部凸起上方, 与底部凸起一一对应. 外加激励较强 时, 颗粒系统随着外加激励参数的变化呈现3种不同的状态, 单个大隆起、大隆起加小波浪和大隆起加剧烈波浪. 实验测量了这3种状态对频率f和加速度G 的依赖关系. 为了研究出现波浪现象时隆起内部的输运情况, 在隆起中掺入示踪颗粒, 用高速相机记录其运动轨迹, 观察到隆起的内部存在着局部对流, 而这是平底槽中所没有的. 另一种底部结构为单一台阶状, 实验观察到隆起向台阶方向输运的现象, 我们认为气压差是该现象产生的主要原因.     

超声管形聚焦式声化学反应器

提出一种新型声化学反应器, 该反应器通过纵振电声换能器激励特定长度的圆管, 使其能有效地将纵向振动转化为径向振动从而向管内辐射超声波, 并在管内聚焦形成高强声场. 管形聚焦式声化学反应器结构简单, 容器壁均可辐射声波, 故电声转换效率高, 其产生的聚焦声场为声化学反应提供了良好的条件. 反应器的长度最大可达2 m, 处理液可连续式通过, 在声化学等液体处理领域有很好的应用前景.     

高温超导-永磁混合悬浮车基本系统的理论模型与实验

具有磁通钉扎特性的高温超导磁悬浮是自然界唯一一种悬浮导向一体化自稳定悬浮系统,但其载重能力相对较弱;永磁体斥力式的永磁悬浮具有结构简单、载重能力强的优点,但在横向上不稳定.针对两种磁悬浮技术特征,基于现有的高温超导磁悬浮环形实验线"Super-Maglev",本研究以实现高温超导磁悬浮实验车大载重为目标,提出了一种新型的高温超导-永磁混合悬浮车系统概念及理论设计方法.首先,通过分别对永磁悬浮模块和超导导向模块建立在同一磁轨条件下的电磁模型,仿真对比分析两模块的磁力特性发现,两模块在垂向上的悬浮工作区间差异明显,在横向上具有相反的横向刚度.其次,结合恩肖定理,预测了混合悬浮系统在横向稳定条件下的最大载重能力及稳定工作区间.最后,基于仿真结论和现有的高温超导磁悬浮实验车,设计选用具有垂向解耦横向刚接功能的垂向直线轴承连接两悬浮装置,始终保持两模块在垂向上独立运动及横向上刚性连接,实现车载永磁载重与超导导向的功能匹配互补,搭建了高温超导-永磁混合悬浮原理实验样车,可载一人安全运行.进一步的准静态力学及动态振动实验共同验证了混合悬浮原理实验车具有成本低、结构简单、无源自稳定等优点,在载重能力提升上有一定的优势.该工作为超导磁浮轨道交通应用提供了新的技术途径.     

五心圆柱面网壳工程实例的性态分析

文章采用数值分析方法,以江西丰城电厂二期干煤棚网壳为研究对象,分析了该结构的动力特性及其在自重、地震、风载作用下的最大位移响应.从而找出该结构的控制荷栽,可为相关设计和研究提供参考.     

中国多金属结核开辟区近底低频流动特征

1997年7月至1999年10月, 在位于热带东太平洋的中国多金属结核开辟区的东、西区各布放了一套深海锚系, 对离底600 m(mab)以内的近底层流动进行观测. 对低通滤波后的流速数据进行的统计分析结果表明, 开辟区近底层低频流动的时间尺度为25~120天, 其中周期为51天左右的波动是低频振动的主要成分; 地形对离底50 m以内的低频流动有明显的影响; 底层强化的剪切平流对低频波动的调制作用是产生层低流动垂向频移的动力机制.     

南海三沙永乐龙洞关键水体环境要素特征及其影响因素

基于2016年10月在南海三沙永乐龙洞开展的水体环境要素的综合观测,获取了水体温度、盐度、密度、叶绿素a、溶解氧、浊度、悬浮颗粒物粒度和海流等数据,研究了南海三沙永乐龙洞关键水体环境要素的分布特征及影响因素.结果表明:永乐龙洞在水深10 m以下区域与外海无大规模连通;水体温度、盐度、密度存在多个跃层,分别位于水深3,10,50和80~110 m附近水深,其中以50 m水深附近跃层最强,155 m以下区域水文要素几无变化.叶绿素a垂向分布表现为多峰特征,在10~20 m附近存在一次表层叶绿素a最大值区.随着水深增加叶绿素a含量快速降低,在水深90 m附近叶绿素a浓度达到最大值,而后叶绿素a快速降低.溶解氧浓度垂向分布较为复杂,表层最高可达7 mg/L,在温度、盐度和密度跃层水深附近浓度快速降低,并在水深90 m附近降为0,即无氧状态.水体浊度与叶绿素a分布特征极为相似,即在水深10~20和90 m附近存在浊度高值区.龙洞内悬浮颗粒物主要有两个粒径组分,分别为145~500μm的粗颗粒组分和5.28~38.55μm的细颗粒组分,其中以粗颗粒组分为主.龙洞80 m以上和其下水体性质差异显著,表明其来源不同.80 m以上水体温度、盐度跃层主要为日变和季节性跃层,80~110 m为永久性跃层.跃层处密度的显著差异,导致水体垂向对流受限并富集悬浮颗粒物,是导致溶氧浓度快速降低的主控因素.80 m以下水体与其上水体几无交换,加之有机颗粒物的氧化与分解,形成无氧状态.悬浮细颗粒组分体积浓度控制水体浊度变化,推测细颗粒应主要为矿物及岩石碎屑,粗颗粒应主要为藻类和海洋雪花等.     

江河源区典型多年冻土和季节冻土区水热过程对植被盖度的响应

基于青藏高原江河源区典型多年冻土和季节冻土区建立的不同植被盖度下7个地温和水分观测场, 对多年冻土活动层和季节冻土土壤温度和水分对植被盖度的响应分为4个阶段进行分析和对比研究. 结果表明: 随着植被盖度的降低, 多年冻土活动层冻结深度积分减少, 而季节冻土冻结深度积分增加; 多年冻土冻结期负值等温线和未冻结期正值等温线的最大侵入深度和持续时间随着植被盖度降低明显增加; 多年冻土活动层20~60 cm的土壤含水量随着植被盖度降低而减少, 而60~80 cm的土壤含水量反而增加, 季节冻土土壤剖面0~120 cm的水分含量随着植被盖度的降低而减少. 植被盖度的变化改变了冻土水热过程, 且多年冻土和季节冻土对植被盖度的响应不一致.     

中国东海“桑吉”轮溢油污染类型的光学遥感识别

溢油是海洋环境监测的重要对象之一.在海洋环境动力作用下,溢油会形成复杂多样的污染类型.准确识别、分类并定量估算不同类型的溢油污染,有助于溢油事件应用处理策略的制定与灾损评估.微波雷达与光学是海洋溢油遥感监测的主要手段,具有不同的技术优势与应用特点.近年来,海洋溢油光学遥感的理论与应用研究发展迅速,其对不同海面溢油污染类型的识别、分类与定量估算能力得到认可.针对2018年1月中国东海"桑吉"轮溢油事件,利用中国GF-3合成孔径雷达数据,实现"桑吉"轮疑似溢油的圈定.优选欧洲空间局Sentinel-2卫星的多光谱数据,开展无云覆盖区域"桑吉"溢油的光学遥感探测.基于溢油模拟实验的光谱响应特征分析,阐明了典型溢油污染的Sentinel-2卫星多光谱特征,进一步开展"桑吉"轮溢油污染类型的光学遥感识别与分类.结果表明,"桑吉"轮溢油在其扩散与风化过程中,形成了3种显著差异的溢油污染类型,即海面油膜、油包水状、水包油状乳化物.不仅与GF-3合成孔径雷达的疑似溢油监测结果互为验证,更实现了不同溢油污染类型的光学遥感识别与分类.最后,初步讨论了光学遥感与微波雷达的集成应用策略,通过优势互补,能有效提高海洋溢油的遥感监测水平,并为中国海洋水色业务卫星的应用提供借鉴.     

泥河湾黑土沟剖面磁组构特征及古湖水文环境变化

古人类栖息地古气候-水文环境变化与古人类的生存活动密切相关.泥河湾盆地保存着大量早更新世以来的古人类遗址,完整地记录了我国北方古人类的活动历史.但迄今对其水文环境变化历史以及与古人类生存活动联系的研究仍显不足.本研究对位于盆地东部的黑土沟遗址剖面进行了系统的磁化率地层学和磁组构研究.通过与邻近大长梁和小长梁剖面的精细磁化率地层对比,发现黑土沟剖面堆积约始于1.9 Ma,可能记录了我国北方中高纬地区最早的古人类活动.详细的磁组构研究结果显示,磁化率各向异性能够有效地揭示泥河湾盆地1.9 Ma以来的古水文变化,黑土沟剖面的磁组构变化显示泥河湾古湖水文环境发生了多次阶段性变化. 1.9 Ma前后,壶流河的出现,抑或研究区发生构造沉降,使得研究区堆积厚层砂砾石,较强的水动力和水位升高使得古人类向高处迁移; 1.9～1.8 Ma期间,古湖扩张,湖面上升,水动力减弱,可能指示了东亚夏季风的增强. 1.8～1.5 Ma,古湖水动力显著增强,而后持续减弱. 1.5～1.3 Ma,水动力显著降低,可能与东亚季风降水增加,气候逐渐变得暖湿,湖水显著加深,而使得河流输入影响减弱有关. 1.3～0.9 Ma,水动力较强但呈现频繁的大幅波动,湖泊水文环境变化剧烈,可能是中更新世气候转型事件的响应. 0.9～0.4 Ma,湖泊再度加深,古湖沉积水动力变化显著受控于全球冰量呈现周期性的大幅波动.上述水文变化显著影响着古人类的生活行为,很大程度上决定了泥河湾古人类遗址的时空分布特征.     

塔里木盆地轮南低凸起油气多期成藏动力学

根据烃源岩生烃期、封盖层与圈闭形成期、有机包裹体分析、储层沥青分析等技术综合确定了轮南低凸起区有二叠纪、白垩纪至早第三纪、晚第三纪至第四纪3个成藏期和二叠纪末期与晚第三纪至第四纪两个油气藏调整期. 综合研究表明, 早海西期形成的奥陶系大型潜山在二叠纪时为源自寒武系至下奥陶统的石油沿奥陶系风化壳顶面由南向北侧向充注成藏, 成藏后经历了二叠纪末期的改造、白垩纪至早第三纪的调整与晚第三纪至第四纪的再次充注的复杂过程, 形成了早期重质海相原生油藏和晚期原生轻质油气藏. 石炭系、三叠系、侏罗系油气藏则是奥陶系油气藏向上调整与再分配的结果, 其中, 三叠至侏罗系油气藏的形成受晚第三纪以来构造向北掀斜的影响, 源自不同烃源岩层系的油气沿断层垂向运移, 进入三叠系底部不整合面继而由北向南侧向运移和聚集成藏.