高速列车蛇行运动稳定性研究概述

高速列车长期服役的可靠性是高铁建设的首要保证,自激蛇行运动是轨道车辆所特有的一种失稳形式,为了保证车辆的运动稳定性,确保其高速、安全行驶,以高速列车蛇行失稳的理论研究方法为背景,概述了蛇行失稳研究中的主要研究方法及其存在的不足,对近期的研究热点方向进行了概述并对非光滑分岔、非对称运行稳定性等方向进行了展望。对于高速列车的确定性和稳定性而言,在不考虑车辆非线性特性的情况下,一般可以采用特征根法、Routh-Hurwitz准则判定法、最小阻尼系数等方法进行分析;当必须考虑轮轨接触以及悬挂系统等非线性特征时,可以采用特征值变化法、QR算法+二分法、中心流形法、打靶法、延续算法等方法。对于车辆的随机稳定性而言,可以采用随机非线性动力学Hamilton理论、蒙特卡洛法、半隐式的Milstein随机数值模拟、小数据量等方法对随机稳定性、随机分岔以及分岔类型进行分析。由于能够考虑自身结构参数激励、轮轨接触不平顺激励,能得到更接近真实运行条件下的失稳临界速度,随机稳定性、随机分岔的理论研究和试验研究逐渐得到研究人员的关注,成为高速列车蛇行失稳研究的热点方向。     

基于金属磁记忆的高铁轮对早期故障检测研究

列车安全性检测是铁路机车车辆工程的重要研究课题。轮对是高速列车行走部的关键部件,传统检测模式只能发现宏观存在的缺陷,而不适用于运行过程中的早期缺陷的发现与状态跟踪。为了实现对早期故障的快速识别与轮对寿命预测,针对传统测试方法在早期检测与动态检测方面的不足,提出了全新的动态检测系统,以满足列车运行的安全要求,还对磁记忆信号与该材料所受载荷状态之间的关系进行了大量的试验研究。研究结果表明：在50~150 kN的载荷区间内,试件的磁记忆信号呈单调变化,变化趋势明显;对试件进行疲劳载荷后发现磁记忆信号的原始值及梯度、峭度等信号特征均有所变化,峭度变化较为明显,能够有效反应材料的疲劳状态。采用金属磁记忆技术进行轮对早期故障检测与动态检测,对于保证列车的运行安全具有重要的现实意义,可为无损检测领域的应用提供借鉴。     

激光重熔高速电弧喷涂FeNiCrAl涂层的组织与断裂韧性

采用激光技术对高速电弧喷涂FeNiCrAl涂层进行重熔处理.分析了重熔前后涂层的组织结构、物相成分、显微硬度与断裂韧性.结果表明:重熔后,喷涂层片层状堆叠结构与孔隙得到消除,组织结构变得均匀、致密,涂层与基体由机械结合变为冶金结合.喷涂层物相主要有α-Fe及金属间化合物AlFe₃,AlFe和Al_0.4Fe_0.6,重熔后,生成了新相Fe-Cr,［Fe, Ni］固溶体和碳化物NiC_○x.重熔后涂层的平均显微硬度为7.79GPa,约为基体硬度(2.5GPa)的3倍,约为喷涂层硬度(6.0GPa)的1.3倍.载荷为4.9,9.8N时,喷涂层的压痕尖头出现裂纹,涂层平均断裂韧性为1.20MPa·m^1/2,载荷为2.94~9.8N时,重熔后涂层的压痕尖头均没有观察到裂纹.     

基于Youla参数化的高速磁浮列车悬浮系统控制与优化设计

为了解决高速磁浮列车悬浮系统长期运行过程中面临的性能退化问题，通过悬浮系统的复杂动态特性分析，基于控制器Youla参数化形式，提出了一种即插即用的悬浮系统控制与优化模块化架构，并设计了基于残差驱动的在线优化算法。仿真结果表明，设计的控制与优化架构以及在线优化算法有效地提高了悬浮系统对未知扰动的鲁棒性和适应能力。     

浅覆大断面隧道长大管棚超前支护受力研究

湘桂线石头岗隧道下穿衡昆高速工程,在对85m超长Φ159m大管棚内力现场测试分析基础上,建立精细化的数值模型对长管棚作用机理进行研究.提出管棚预支护结构受力的纵向可按掌子面前方受拉段、掌子面后方受压段、靠近洞口受拉段分为Ⅰ,Ⅱ,Ⅲ区,其中:Ⅰ区呈凸起分布,峰值位于掌子面前方一定距离处;Ⅱ区为凹形分布,计算峰值位置滞后掌子面一定距离;Ⅲ区自洞口向内呈逐步减小趋势,峰值位于洞口处.各区间长度除Ⅰ区维持基本不变外,Ⅱ和Ⅲ区间长度随掌子面掘进而增长;各区内管棚受力也随隧道掘进而增长,且表现为先快后慢趋势.     

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正巴西里约热内卢有一个十分著名的露天红灯区——比拉-米莫萨(Vila Mimosa),每当夜色降临,性工作者们便会穿着三点式比基尼,脚踩性感的细高跟鞋,或倚靠着大门,或站在繁华的街道上招揽客人上门,气氛十分热闹。由于2014年世界杯和2016年奥运会均将在里约举办,这种热闹的景象不会太久了。为建一条长约510公里、用以连接里约热内卢和金融中心圣保罗的高速铁路线,当局准备将红灯区搬迁。     

高速撞击诱导大梯度纳米结构化高熵合金的力学行为

国防军工与航天领域的防护结构要求材料能经受住弹体或空间碎片的高速撞击,包括处于极低温环境.高熵合金因其特殊的化学结构与优异的综合力学性能,成为新型装甲防护材料研究的新范式.本文通过弹丸高速撞击高熵合金靶板的响应分析,提出了一种通过室温和低温高速冲击制备大梯度纳米晶和纳米孪晶混合结构高熵合金的新方法,并研究了该梯度纳米结构高熵合金的拉伸力学性能以及变形机理.结果表明,大梯度纳米结构从冲击端到自由面,微结构过渡主要为:纳米晶-纳米晶带-高密度纳米孪晶带/高密度位错带/点阵旋转带-稀疏纳米孪晶带/高密度位错带/点阵旋转带-高密度位错-稀疏位错.单纯纳米晶和纳米孪晶混合结构的梯度层厚度达到4 mm,远超传统手段制备的梯度层厚度(小于500μm).相比初态样品,大梯度纳米结构高熵合金的强度提升明显,最高提升390%,塑性仍保持在较大范围内:21%～62%.这得益于大梯度样品“软区”和“硬区”共存,除了较大背应力提供额外强化外,软硬组织弹塑性变形的不同步和断裂发生的不同步也会额外提高力学性能.本研究不仅可为开发块体大梯度纳米结构材料提供新方法,也可为理解高熵合金的抗弹行为并指导装甲防护材料设计提供...     

电场作用下乙醇的稳定多股射流现象

基于高时空分辨率的高速摄像技术,通过精确记录无水乙醇静电雾化多股射流模式下射流形成及演变的显微形貌特征,研究了电邦德数及无量纲流量等参数对稳定雾化区间及稳定股数演变行为的影响及作用规律.研究结果表明:乙醇稳定多股射流存在不同的稳定股数,其稳定股数N波动区间为2～10股,并先后出现稳定多股射流弯液面模式和边缘模式.边缘模式下,随着稳定股数的增加,稳定多股射流的电邦德数区间和临界最低电邦德数均在不断增大,且出现稳定多股射流的电压开关现象.随着无量纲流量的增加,各稳定股数下的电邦德数极大值整体呈线性增长趋势,同等流量下电邦德数极大值随稳定股数的增加而不断增大,且较电邦德数极小值的增加幅度明显.此外,边缘模式下随着稳定股数的增加,射流偏离角整体呈增大趋势,但各股数下的射流偏离角变化幅度均控制在5°±0.3°.     

风区路堤台阶式边坡优化设计

基于三维定常不可压缩雷诺时均N-S方程和κ-ε双方程湍流模型,对在20m/s风速下10m高路堤上以300km/h车速运行的三车编组高速列车气动性能进行了模拟,并对路堤边坡结构形式进行了设计与优化.数值算法经验证与试验规律基本一致,幅值相差不超过10%.结果表明:路堤两侧设计成台阶对于改善列车气动性能效果显著.位于路堤不同线路上列车气动力和力矩随边坡台阶高度变化规律基本一致;各节车对应的相对最优台阶高度以及其所受气动力及力矩随台阶高度变化规律存在明显差异;台阶高度在3~5m间的边坡设计对改善路堤上运行的列车气动性能具有明显效果.边坡两侧顶部设计成台阶有效改善了列车气动性能;路堤边坡底部设计成高度相对较大的台阶对路堤上运行的列车气动性能有一定改善.     

面向OD客流的高速列车开行方案的优化

满足旅客出行需求的列车开行方案能够更好地吸引客流，提高高速铁路的核心竞争力.以最大化经济收益和最小化出行费用为目标函数，以高速铁路开行方案为研究对象，以旅客出行需求等作为约束条件，将列车开行方案与OD客流量结合起来，同时考虑旅客的购票心理和列车购票的时效性，建立了一种基于动态客流的列车开行方案的多目标优化模型，并设计一种基于个体信息和改进变异算子的多目标差分(SG-MOSaDE)算法进行求解.以广州市某线路为例进行实验，结果表明，优化后的开行方案不仅最大化满足了旅客出行需求，而且在提高铁路部门经济收益的同时降低了旅客的出行花费，并且优化后的列车总停站次数较原来有所下降，停站方案更加均衡.