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考虑磨耗特性的动车组车轮经济型镟修优化策略 被引量:1
1
作者 张霞 邓银强 +2 位作者 杨岳 辜良瑶 陈峰 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第4期1457-1467,共11页
车轮的磨耗状况对动车组列车的运行安全和品质有着重要影响。为将磨损车轮镟修恢复至标准踏面外形,目前车轮镟修存在切削量过大,降低车轮使用寿命的情况。结合动车组车轮走行过程中的磨耗特性,提出考虑磨耗特性的动车组车轮经济型镟修... 车轮的磨耗状况对动车组列车的运行安全和品质有着重要影响。为将磨损车轮镟修恢复至标准踏面外形,目前车轮镟修存在切削量过大,降低车轮使用寿命的情况。结合动车组车轮走行过程中的磨耗特性,提出考虑磨耗特性的动车组车轮经济型镟修优化策略。首先,建立车轮外形参数磨耗速率模型,利用相关性分析、高斯分布检验研究车轮磨耗速率模型与车轮外形参数的相关性,得出不同运行线路上车轮最低磨耗速率点。然后,利用加权尺寸最近点迭代法进行车轮变形矫正,优先考虑车轮镟修后踏面外形处于最低磨耗状态,应用不同薄轮缘踏面外形镟修模板,进行自适应匹配单轮车轮经济型镟修。在此基础上,针对动车组车轮轮径差的安全运行要求,构建一种考虑磨耗特性的整车车轮经济型镟修优化模型。实例验证结果表明:轮径磨耗速率与车轮直径大小、轮缘厚度显著相关,轮缘厚度处于31.5~32 mm时,轮径磨耗速率低,镟修恢复可优先考虑。整车车轮经济型镟修优化决策的结果显示,车轮镟修恢复后的踏面外形处于低速率磨耗状态,轮径总切削量较实际镟修车间下降了约21%。与常规的车轮镟修策略相比,考虑磨耗特性的车轮经济型镟修优化策略更具智能化,有利于延长车轮使用寿命,降低铁路运营成本。 展开更多
关键词 车轮磨耗特性 镟修优化策略 经济型镟修 加权尺寸最近点迭代法 自适应匹配
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铁路工程绿色设计目标分解及实现途径分析 被引量:1
2
作者 杨信丰 李海军 +2 位作者 县勇 巨玉祥 贺锦 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第1期368-380,共13页
铁路工程绿色设计,是实现其绿色发展的重要手段。目前,铁路工程各专业大多从某个工程应用角度出发,主要集中于绿化和污染防治案例研究,很少从系统角度出发研究铁路工程绿色设计。铁路工程要实现某一绿色指标,须从系统角度,各专业协同设... 铁路工程绿色设计,是实现其绿色发展的重要手段。目前,铁路工程各专业大多从某个工程应用角度出发,主要集中于绿化和污染防治案例研究,很少从系统角度出发研究铁路工程绿色设计。铁路工程要实现某一绿色指标,须从系统角度,各专业协同设计。因此,需要对铁路工程绿色设计目标进行特征分析,明确铁路工程绿色设计目标实现的主要途径。为此,首先从铁路绿色设计概念出发,采用目标层次分解、问卷调查等方法,对铁路工程绿色设计的目标进行逐层分解,将资源节约划分为土地节约、能源节约、材料节约及水资源节约等,将环境保护分解为生态环境保护、水土环境保护、大气环境保护、人文景观提升及其他环境保护等方面,并进一步细化第3层次的属性特征,明晰了铁路工程绿色设计的目标特征及内涵。通过对铁路工程各专业的设计流程进行分析,依据相关设计规范和标准,梳理各专业在不同设计阶段的主要绿色设计要点。基于jieba分词工具将绿色设计目标特征及各专业的绿色设计要点划分为多个词向量,采用主观赋权的方法确定特征分词的权重,并定义语义信息匹配度,将铁路工程绿色设计目标与铁路工程设计的各专业进行匹配,明确铁路工程各绿色设计目标得以实现的主要途径,为铁路工程各专业系统实现总体绿色设计提供依据。 展开更多
关键词 绿色设计 铁路工程 目标分解 实现途径 设计要点 特征匹配
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预应力微型桩动态调控软岩路基上拱效果研究 被引量:1
3
作者 张锐 张喜伟 +2 位作者 罗辉 余雷 刘正楠 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第3期1052-1063,共12页
为研究并提出一种经济有效调控红层软岩路基上拱变形的工程措施并揭示其作用机理,自研可动态调节上拱变形的预应力微型桩试验装置,室内测得不同预应力(50、100、150和200kN)与桩顶竖向位移的关系,通过数值模拟计算分析桩径D为0.17 m的单... 为研究并提出一种经济有效调控红层软岩路基上拱变形的工程措施并揭示其作用机理,自研可动态调节上拱变形的预应力微型桩试验装置,室内测得不同预应力(50、100、150和200kN)与桩顶竖向位移的关系,通过数值模拟计算分析桩径D为0.17 m的单桩(桩长8、10和12 m)与群桩(桩间中心距3D、4D、5D、6D)调控红层软岩路基上拱变形的效果与机制。室内试验结果表明,预应力微型桩可有效控制上拱变形,但控制能力并非随预应力的增加而线性增加,需实时监测上拱变形值,并动态调整预应力。数值模拟结果表明,无处治措施的工况下,试验路段因湿化作用和侧向地应力引起的上拱变形量约为9.5 mm;8、10和12 m长的预应力微型桩单桩调控下,上拱变形分布曲线在成桩位置出现突变,数值急剧减小,桩长和预应力的增加可使调控范围出现小幅度的增加,调控范围的最大值在2~3倍桩直径范围内波动;在试验选取的桩长和桩距范围内,12 m桩长、5D桩距的预应力群桩可同时兼顾安全性和经济性,使轨道附近上拱变形量分别减小至3.2mm(降幅为66.3%)、2.9mm(降幅为69.5%)和3.5mm(降幅为63.5%),最终满足规范对上拱变形量的控制要求;此外,群桩在施加预应力后调控能力明显增强,达到无预应力条件下的1.4倍左右。研究成果可为高速铁路红层软岩路基上拱处治提供参考。 展开更多
关键词 预应力微型桩 红层软岩 高铁路基 上拱变形
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多类混凝土损伤比强度理论及塑性-损伤模型研究进展与应用 被引量:1
4
作者 丁发兴 吴霞 +7 位作者 吕飞 王文君 孙浩 SADAT Said Ikram 许云龙 王恩 王莉萍 余志武 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第2期690-711,共22页
为完善混凝土强度理论和塑性-损伤模型,通过参考岩石损伤比强度理论,根据现有普通混凝土、再生混凝土、轻骨料混凝土和纤维混凝土等多类混凝土多轴强度试验数据,推荐损伤比变量中的五经验系数取值,完善多类混凝土损伤比强度理论并揭示... 为完善混凝土强度理论和塑性-损伤模型,通过参考岩石损伤比强度理论,根据现有普通混凝土、再生混凝土、轻骨料混凝土和纤维混凝土等多类混凝土多轴强度试验数据,推荐损伤比变量中的五经验系数取值,完善多类混凝土损伤比强度理论并揭示约束混凝土工作原理。分析表明,随着静水压力的增加,混凝土压损伤比将由单轴受压时为1左右线性递减至小于0.5,八面体剪应力先增大后减小,轴向峰值应力提升为某一定值,压损伤比取值减小引发非弹性体积膨胀减小至不变,因而导致混凝土由单轴受压脆性破坏向多轴受压塑性破坏转变,该理论为钢管混凝土柱中发挥混凝土耗能潜力提供理论依据。依据混凝土损伤比强度理论,确定多类混凝土塑性-损伤模型中的三轴强度参数,包括膨胀角、拉压子午线强度比值和二轴等压与单轴抗压强度比值,并建议常温静力荷载下多类混凝土的单轴受压、受拉应力-应变曲线方程及其参数表达式,常温地震荷载下普通混凝土的单轴受压、受拉应力-应变曲线方程及其参数表达式,以及火灾升温环境下普通混凝土的单轴受压、受拉应力-应变曲线方程及其参数表达式,建立约束混凝土三轴塑性-损伤模型。介绍多类混凝土塑性-损伤模型在钢-混凝土组合结构有限元模型中的应用,模型中混凝土采用实体单元而钢管与钢梁采用壳单元,可模拟钢管与混凝土之间的界面滑移与约束作用,当采取增强约束拉筋强柱构造方法时可提升钢管混凝土柱及其结构的承载力、抗震与抗火性能。 展开更多
关键词 混凝土 损伤比 强度理论 塑性-损伤模型 三轴参数 应力-应变曲线 实体-壳单元模型
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基于SSA-GA-BP神经网络的城轨地下线振动源强预测模型 被引量:1
5
作者 刘庆杰 刘博亮 +3 位作者 冯青松 徐璐 罗信伟 刘文武 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第5期2355-2366,共12页
为寻求一种预测速度快、准确率高的城市轨道交通地下线振动源强预测模型,基于55个非减振轨道测试断面数据,经过数据清洗、分析和标签化后,建立了涵盖典型车型和主要线路参数取值范围的8 000多条实测数据库。分析地铁环境振动的影响因素... 为寻求一种预测速度快、准确率高的城市轨道交通地下线振动源强预测模型,基于55个非减振轨道测试断面数据,经过数据清洗、分析和标签化后,建立了涵盖典型车型和主要线路参数取值范围的8 000多条实测数据库。分析地铁环境振动的影响因素,利用斯皮尔曼相关系数得到各类影响因素与振动源强的关系强度。分别建立基于卷积神经网络(CNN)、随机森林(RF)、支持向量机(SVM)等5个机器学习模型,对比分析了不同模型对振动源强的预测效果。使用麻雀搜索算法(SSA)和遗传算法(GA)优化BP神经网络模型的结构、超参数、权重及阈值,对比SSA-GA-BP、SSA-BP、GA-BP神经网络对振动源强的预测精度。最终使用4个差异明显且未经模型学习的新断面验证SSA-GA-BP模型的泛化能力。结果表明:5种机器学习模型中BP神经网络的非线性回归拟合能力最强,验证集MAE损失为1.55 dB,决定系数为0.948;SSA-GA-BP模型对振动源强的预测精度高于SSA-BP和GA-BP,验证集MAE、MAPE和决定系数分别为1.289 dB、1.856%和0.967,有80.11%数据的平均绝对误差在2 dB以内;SSA-GA-BP模型对4个经典的新断面数据预测效果良好,4个断面汇总数据的MAE、MSE和MAPE误差值分别为1.21 dB、2.18 dB和1.67%,决定系数为0.977,有70%数据的预测误差在2 dB以内,证明了SSA-GA-BP模型有较强的泛化能力。SSA-GA-BP振源预测模型具有较好的预测精度和快速预测能力,研究可为轨道交通地下线路设计阶段的减振降噪设计提供参考。 展开更多
关键词 城市轨道交通地下线 振动源强 预测 BP神经网络 麻雀搜索算法 遗传算法
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基于再生胶凝固化剂的季冻区路基固化土工程性能研究 被引量:1
6
作者 姜鹏 刘林 +4 位作者 邹仁 仝亚刚 张小宁 王帅 郎永贤 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第2期636-648,共13页
为实现工业固废在道路与铁道路基工程中的高值化利用,助力双碳目标在交通运输工程领域中的达成,采用钢渣、矿渣与2种脱硫产物(DP-1、DP-2)等工业固废制备再生胶凝固化剂。基于响应面法考察不同工业固废的交互作用并得到其最优组配。采... 为实现工业固废在道路与铁道路基工程中的高值化利用,助力双碳目标在交通运输工程领域中的达成,采用钢渣、矿渣与2种脱硫产物(DP-1、DP-2)等工业固废制备再生胶凝固化剂。基于响应面法考察不同工业固废的交互作用并得到其最优组配。采用最优组配下的固化剂对粉土进行改良固化,并表征本研究固化粉土微观结构。与水泥固化粉土作对比,探究了固化剂掺量、养护龄期对固化粉土力学性能和耐久性的影响规律,并分析2种固化粉土的矿物成分,探究再生胶凝固化剂的粉土固化机理。研究结果表明:7 d无侧限抗压强度(p_(usc))响应面模型经残差正态概率分布检验,模型可靠度较高。钢渣与矿渣、钢渣与DP-2交互作用对7 d p_(usc)值的影响极其显著,再生胶凝固化剂最优配比(%)为钢渣∶矿渣∶DP-1∶DP-2=52.1∶19.9∶19.5∶8.5。研究可知,固化粉土具有良好的力学性能和耐久性,在养护后期(28 d)与水泥固化粉土p_(usc)值、加州承载比值、水稳性能系数值、冻融循环系数值分别相差1.9%、0.5%、1.0%、2.3%。再生胶凝固化剂组分在碱性环境中发挥协同作用,水化产物交错生长填充了粉土颗粒之间的孔隙,从而提高了固化粉土的力学性能。同掺量的再生胶凝固化剂碳排放仅为水泥的1.66%,推荐再生胶凝固化剂路床固化工程最优掺量为6%~8%,该技术的推广应用具有重要环保和社会意义。 展开更多
关键词 工业固废 响应面法 固化剂 力学性能 耐久性 固化机理
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基于列车群组运行的双线重载铁路群组计划优化研究 被引量:1
7
作者 倪少权 龚梓烨 宋宗莹 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第6期2479-2492,共14页
列车群组运行控制技术可以有效减小列车间隔、加大行车密度,为解决双线重载铁路运能紧张问题提供了新途径。其中群组计划是列车群组运行模式下铁路运输计划编制的基础,针对多元群组列车与单列混行情况下群组计划优化问题,提出双线重载... 列车群组运行控制技术可以有效减小列车间隔、加大行车密度,为解决双线重载铁路运能紧张问题提供了新途径。其中群组计划是列车群组运行模式下铁路运输计划编制的基础,针对多元群组列车与单列混行情况下群组计划优化问题,提出双线重载铁路多装卸站条件下群组计划的优化方法。首先对列车群组运行技术进行了简要介绍,阐述了群组计划的基本概念及其关键要素,分析了双线重载铁路群组列车在出发、到达、区间运行3种状态下的列车组间追踪过程,以及始发群组列车组群、通发群组列车组群、相同终到站解群和不同终到站解群4种场景下列车在站组群/解群的作业过程,提出了群组计划中各重要参数计算方法。在此基础上,以双线重载铁路全线开行列车数量最大为目标,考虑装车能力、组群/解群作业时间、到发线数量、列车接续等约束,构建群组计划优化模型,并根据模型特点设计了基于改进粒子群优化算法的求解方法。最后,以我国北部某铁路煤运通道为例进行实验,对模型和算法的有效性进行分析,结果表明:在群组运行条件下该线路输送能力提升了32.26%,且能满足各终到站需求。提出的优化方法在解决双线重载铁路群组计划优化问题上具有一定的可行性,能够促进列车群组运行控制技术在重载铁路运输领域的推广应用。 展开更多
关键词 重载铁路 群组运行 双线铁路 群组计划 多装卸站
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伺服钢支撑控制旁侧既有盾构隧道变形试验研究 被引量:1
8
作者 王哲 吴鹏飞 +5 位作者 魏纲 冯韦皓 吴雪桦 李航 易子浩 胡恬华 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第2期795-806,共12页
为探明伺服钢支撑主动控制旁侧既有盾构隧道变形时基坑和隧道的整体受力变形规律和机理,解决工程中伺服钢支撑的不合理应用问题,开展室内缩尺模型试验,通过分析地连墙变形、隧道变形、隧道围压与内力、周围土压力等试验数据,以及伺服钢... 为探明伺服钢支撑主动控制旁侧既有盾构隧道变形时基坑和隧道的整体受力变形规律和机理,解决工程中伺服钢支撑的不合理应用问题,开展室内缩尺模型试验,通过分析地连墙变形、隧道变形、隧道围压与内力、周围土压力等试验数据,以及伺服钢支撑不同组合方式下的隧道变形控制效果,研究伺服钢支撑主动控制旁侧隧道变形的规律和机理。试验结果表明:伺服加载对隧道水平位移和拱顶沉降均有一定的控制效果,且对水平位移的控制效果更加显著,对隧道右拱腰围压与弯矩的影响最大,拱顶拱底次之,对左拱腰影响最小,对地表沉降未产生显著的控制效果。伺服加载在旁侧土体产生的附加应力,随着距离增大产生消散现象,在隧道右拱腰产生应力集中现象,伺服加载对地连墙变形、隧道围压和弯矩、隧道变形的影响同步产生且相互关联。伺服钢支撑设置位置越靠近隧道埋深处、设置层数越多对隧道变形控制效果越好,但设置位置不当时设置层数与隧道变形控制效果不成正比,甚至产生负向控制效果,工程中应重点考虑伺服钢支撑的设置位置,不可盲目增大设置层数,否则增加工程成本且可能产生工程风险。研究结果可为伺服钢支撑主动控制围护结构及旁侧隧道变形提供理论指导,利于其更加广泛而合理地应用。 展开更多
关键词 盾构隧道 深基坑 伺服钢支撑 地连墙变形 模型试验
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不同围压和冲击速度下锚注加固单裂隙红砂岩动态力学特性研究 被引量:1
9
作者 杨大方 陈舒凯 +2 位作者 李佳赛 冯文林 高帅 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第5期2180-2190,共11页
随着地下工程领域的持续拓展与深化,以冲击地压为典型代表的动力灾害问题日益凸显,对工程安全与稳定构成了严峻挑战。鉴于巷道周边岩体在开采活动前即已承受复杂的三向应力状态,深入探索并揭示其三维动态力学行为特性,对于有效预防与减... 随着地下工程领域的持续拓展与深化,以冲击地压为典型代表的动力灾害问题日益凸显,对工程安全与稳定构成了严峻挑战。鉴于巷道周边岩体在开采活动前即已承受复杂的三向应力状态,深入探索并揭示其三维动态力学行为特性,对于有效预防与减轻冲击灾害具有很大价值。锚注联合支护是地下工程裂隙围岩动力灾害防控的常用支护方式,但锚注支护设计多以经验为主,亟须研究冲击荷载作用下锚注加固裂隙岩体抗冲特性,为破裂围岩冲击地压巷道锚注加固抗冲设计提供科学依据。采用SHPB冲击试验系统,考虑应力和应变率的影响,对锚注加固单裂隙红砂岩试样进行不同围压和冲击速度加载条件下的动态力学特性研究工作。在此过程中,详细讨论了试样的应力-应变曲线特征、动强度表现、动变形行为、耗能特性以及破坏模式。研究结果表明:不同围压和冲击速度加载条件下试样的应力应变曲线具有明显的应变硬化和塑性流动,随着围压和冲击速度的增大,试样动峰值强度均呈现增大的趋势;动峰值应变随着冲击速度的增大而增大,随着围压的增大而减小,动割线模量则与之相反;通过三维曲面拟合描述耗散率随围压以及冲击速度的变化特征,得到近似满足带常数项的三维曲面预测模型,为预测和控制岩体的能量耗散过程提供有力的数值支撑。 展开更多
关键词 围压 冲击荷载 动态力学特性 锚注加固 能量耗散
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基于深度强化学习的高速列车驾驶策略优化 被引量:1
10
作者 徐凯 张皓桐 +2 位作者 张淼 张洋 吴仕勋 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第1期25-37,共13页
深度强化学习(DRL)是提高高速列车能源效率和运行质量最有前途的技术之一,但目前仍然存在着一些问题,限制了其在实际应用中的效果。现有解决方案存在以下两方面问题:首先,在高速列车运行环境下,DRL在处理庞大状态空间时表现不佳;其次,... 深度强化学习(DRL)是提高高速列车能源效率和运行质量最有前途的技术之一,但目前仍然存在着一些问题,限制了其在实际应用中的效果。现有解决方案存在以下两方面问题:首先,在高速列车运行环境下,DRL在处理庞大状态空间时表现不佳;其次,由于固定奖励函数难以适应不同调度运行时刻下的能效差异,智能体将受到不准确信号的干扰,通常采用手动方式调整。鉴于此,本研究在极大值原理基础上,综合考虑影响列车能效的诸多因素,提出一种高速列车智能驾驶策略的分层次优化的深度强化学习算法(HODRL)。该算法从结构上分为分层优化层和强化学习层。分层优化层利用先验知识降低智能体的探索复杂度,并根据能效场景重塑奖励函数,以实现对能效和时间等多个目标探索的有效平衡;而强化学习层则采取双延迟深度确定性策略梯度(TD3)算法,将其用于连续的动作空间,以提高列车操控的精确度。通过实验验证了HODRL算法在提升能效和准时性等方面的有效性,该算法平均减少79.68%的无效状态空间,并让智能体获得正确的奖励信号,预计节能和智能体实际节能相比均值误差为1.99kWh,方差为0.91kWh。所提算法仅需要TD3算法15.26%的训练时间即可收敛,并与其他基线算法相比较,在时间误差为±0.1%并保证乘客舒适度时,相比PPO、DDPG、TD3、PMP算法分别能耗减少了1.29%,5.70%,1.69%,3.27%。研究结果可为进一步优化高速列车驾驶策略和保障高速列车安全运营提供有效参考。 展开更多
关键词 高速列车 分层次优化 深度强化学习 状态空间约束 奖励重塑
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缓冲结构渐变开孔率对高速磁浮隧道出口微气压波影响 被引量:1
11
作者 张洁 郭秉筠 +3 位作者 王崟宇 余越 许澳 韩帅 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第5期1912-1922,共11页
列车速度的大幅提升加剧了车-隧耦合气动效应,高速磁浮隧道洞口产生的微气压波强度大幅增大,产生“声爆”现象。因此,当列车速度达到600 km/h及以上时,如何有效降低微气压波成为空气动力学研究人员面临的挑战。开展时速600 km高速磁浮... 列车速度的大幅提升加剧了车-隧耦合气动效应,高速磁浮隧道洞口产生的微气压波强度大幅增大,产生“声爆”现象。因此,当列车速度达到600 km/h及以上时,如何有效降低微气压波成为空气动力学研究人员面临的挑战。开展时速600 km高速磁浮列车通过隧道时产生的微气压波缓解方法研究,在提出的新型渐变开孔-断面扩大型缓冲结构基础上,采用k-ε双方程湍流模型、三维可压缩非定常N-S方程和滑移网格技术,对高速磁浮列车以时速600 km通过2 km的单线隧道进行数值仿真。结合网格无关性以及数值仿真验证,分析4种不同开孔率渐变开孔缓冲结构下初始压缩波的基本特征以及出口处微气压波的变化规律。研究结果表明:当列车驶入渐变开孔-断面扩大型缓冲结构时,由于缓冲结构内部压力大于外部,在压力差的作用下,气流通过透孔流向外部,气流外泄导致在端口处产生的微气压波强度减弱。当渐变开孔-断面扩大型缓冲结构的开孔率分别为7.5%、17.5%和27.5%时,相较于隧道两端口为传统断面扩大型无开孔缓冲结构,隧道出口20 m处的微气压波幅值依次为203.9、148.1和138.0 Pa,分别减缓了51.8%、65.0%和67.4%。随着渐变开孔-断面扩大型缓冲结构开孔率的增加,对于微气压波的缓解效果不断增强,27.5%开孔率下的缓解效果最佳。研究成果可为时速600 km及以上高速磁浮隧道洞口缓冲结构设计提供技术支撑。 展开更多
关键词 开孔率 渐变开孔-断面扩大型缓冲结构 初始压缩波 磁浮列车 微气压波
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基于张量分解的城市轨道出行模式归因分析 被引量:1
12
作者 周雨阳 李世堃 +4 位作者 胡世龙 邓沙沙 柳堤 陈艳艳 罗铭 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第5期2000-2012,共13页
科学的轨道交通出行模式分析是运营决策优化的重要依据。为挖掘城市轨道交通时空流动特征及其影响机理,提出一种基于非负张量分解的OD客流强度时空分布计算方法,采用融合SHAP归因分析的极端梯度提升树(eXtreme Gradient Boosting,XGBoo... 科学的轨道交通出行模式分析是运营决策优化的重要依据。为挖掘城市轨道交通时空流动特征及其影响机理,提出一种基于非负张量分解的OD客流强度时空分布计算方法,采用融合SHAP归因分析的极端梯度提升树(eXtreme Gradient Boosting,XGBoost)对各模式OD客流强度进行拟合预测。使用城市轨道交通AFC(automatic fare collection system,AFC)系统数据,从空间、时段以及出行日3个维度构建3阶客流OD张量,采用交替非负最小二乘法(alternating non negative least squares,ANLS)实现非负CP张量分解。基于张量分解结果,从北京轨道交通344个站点连续1周16266966条出行数据中,提取出晨高峰长距离通勤、早高峰中短通勤、平峰休闲中转出行、晚归出行4种出行模式的时、空分布特征。基于可解释性机器学习模型,对各模式OD客流进行预测。结果表明XGBoost与CatBoost、LightGBM、OLS相比更具优势。根据OD起终点站域环境特征,考虑起终点缓冲区内各类兴趣点(point of interest,POI)数量、小区住户数、房价、人口数量、站点偏离距离以及出行距离等指标,构建OD强度关联指标体系,解释各指标对OD客流强度的正负反馈效应。SHAP归因分析说明,居民更倾向于14站以内的中短途出行,并分别得到了就业类POI数目对晨、早通勤客流正向影响,以及餐饮类POI数目对休闲中转出行客流正向影响的临界阈值。该方法可为轨道交通精细化出行引导和客流组织提供数据支撑,优化城市轨道交通供需平衡及服务水平。 展开更多
关键词 城市轨道 出行模式 张量分解 机器学习 归因分析
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基于岩碴比表面积的完整岩体TBM破岩效率分析 被引量:2
13
作者 闫长斌 石雨萱 +3 位作者 李严 李庆民 刘永胜 吴遁 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第1期456-468,共13页
岩碴是TBM掘进过程中岩~机相互作用的直接产物,其破碎程度、形态特征、粒径分布等信息是TBM破岩效率的重要反馈指标。基于岩碴现场筛分试验和室内三维扫描试验,定量分析了TBM岩碴的形态特征及其随粒径变化的规律,提出一种基于岩碴粒径... 岩碴是TBM掘进过程中岩~机相互作用的直接产物,其破碎程度、形态特征、粒径分布等信息是TBM破岩效率的重要反馈指标。基于岩碴现场筛分试验和室内三维扫描试验,定量分析了TBM岩碴的形态特征及其随粒径变化的规律,提出一种基于岩碴粒径分布规律的比表面积计算方法,准确计算了不同粒径分布条件下岩碴比表面积的真实值。结合岩碴新表面理论指标对岩碴比表面积计算结果进行验证,同时分析了岩碴比表面积与TBM破岩效率之间的内在联系。研究结果表明:随着岩碴粒径增大,岩碴的球形度和扁平度逐渐减小、伸长度逐渐增大。总体上,岩碴的伸长度越大、扁平度和球形度越小,粗糙度指数就越大,TBM破岩效率越高。采用积分的方法,利用表面积预测函数与累积分布函数可计算得到岩碴试样比表面积真实值且分析发现其数据可近似表示单位质量岩体破碎后新增表面积的大小。岩碴比表面积SW与新表面理论指标Sa之间具有较好的线性相关性,可以相互验证其准确性与合理性,但相比新表面理论指标Sa,比表面积SW具有更清晰的物理意义和更为直观的数字结果。岩碴比表面积随TBM掘进比能、贯入度指数增加而增大,随粗糙度指数增大而减小,即岩碴比表面积可较好地描述岩石破碎程度及能量消耗,岩碴比表面积越大,岩碴就越破碎,TBM破岩效率越低。 展开更多
关键词 TBM 岩碴 破岩效率 三维扫描 形态特征 比表面积
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基于DEMATEL-ISM-BN的重大建设工程技术创新成果转化风险预警模型 被引量:2
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作者 王青娥 荆浩飞 +1 位作者 郭珍旭 王朝静 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第3期1315-1327,共13页
为有效防范化解重大建设工程技术创新成果转化风险,推动创新成果转化为现实生产力,基于DEMATEL-ISM-BN系统地剖析重大建设工程技术创新成果转化风险因素,并构建风险预警模型。首先基于扎根理论,遵循“开放性编码—主轴编码—选择性编码... 为有效防范化解重大建设工程技术创新成果转化风险,推动创新成果转化为现实生产力,基于DEMATEL-ISM-BN系统地剖析重大建设工程技术创新成果转化风险因素,并构建风险预警模型。首先基于扎根理论,遵循“开放性编码—主轴编码—选择性编码”的流程,识别出21项风险因素并将其归纳为技术风险、管理风险、资源风险、效益风险。其次应用DEMATEL法辨析以上风险因素的属性、重要性及其相互影响程度,并通过ISM构建一个6级3阶的有向递接模型,以揭示风险因素间的作用路径。然后将ISM模型转化为贝叶斯网络拓扑结构,应用三角模糊数和DUOWA算子思想计算根节点先验概率,引入Noisy-orgate模型确定条件概率表,应用贝叶斯网络因果推理方法预测风险发生概率,利用逆向推理、敏感性分析和最大致因链分析等功能实现对风险事件发生诱因的实时诊断。最后选取典型案例并对风险预警模型进行仿真分析。仿真分析结果显示,所构建的重大建设工程技术创新成果转化风险预警模型具有良好的适用性,自膨胀吸能吸波抗岩爆支护技术尚未达到试验段试验标准,其中成果转化组织网络不健全、知识产权机制不健全为导致该风险事件发生的关键风险因素。研究结果将重大建设工程技术创新成果转化风险的研究推向了新高度,为相关领域的风险管理提供了借鉴与指导。 展开更多
关键词 重大建设工程 技术创新 成果转化 风险预警 DEMATEL-ISM-BN 仿真分析
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水玻璃-聚丙烯纤维改良膨胀土的强度及裂隙特性 被引量:2
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作者 肖桂元 王浩鹏 +2 位作者 邓杰 刘星 杨帅 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第3期1074-1086,共13页
为探究在路基工程中应用水玻璃−聚丙烯纤维复合改良膨胀土的效果,将质量比为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.5%的水玻璃和0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的聚丙烯纤维掺入膨胀土内。通过无侧限抗压强度试验、干湿循环直剪试验、裂隙试验和扫... 为探究在路基工程中应用水玻璃−聚丙烯纤维复合改良膨胀土的效果,将质量比为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.5%的水玻璃和0、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的聚丙烯纤维掺入膨胀土内。通过无侧限抗压强度试验、干湿循环直剪试验、裂隙试验和扫描电子显微镜(Scanning Eelectron Microscope,SEM)微观试验,研究改良膨胀土的强度及裂隙特性。使用IPP软件对裂隙图像进行处理,探究改良膨胀土的裂隙发育趋势,并结合SEM微观试验,分析水玻璃和聚丙烯纤维在改良膨胀土中的作用机制,探讨其对膨胀土强度和裂隙特性的改进机理。结果表明,水玻璃和聚丙烯纤维均能增强膨胀土的强度,两者复合后土体强度达到峰值且裂隙抑制效果最佳,其最佳配比为水玻璃1%、聚丙烯纤维0.4%。同时,经过1~5次干湿循环后,复合改良土的抗剪强度明显大于素膨胀土,抵抗干湿循环的能力显著。其次,在干湿循环过程中,膨胀土的裂隙发育最快,出现贯穿土体的大裂隙;水玻璃改良土的裂隙发育密集,将土体分割成多个区域;复合改良土裂隙发育程度小且发育缓慢。通过对膨胀土的裂隙面积率、裂隙数目、裂隙平均宽度和裂隙总长度进行定量分析,并结合不同循环次数和单次脱湿过程中的裂隙形态变化,推测出土体的裂隙发育轨迹。最后,通过对SEM图像及裂隙发育图的分析,阐明了裂隙产生的原因,揭示了水玻璃、聚丙烯纤维联合改良膨胀土的内在机理。聚丙烯纤维与水玻璃在土体中生成的硅酸凝胶黏结膜穿插在一起,和土颗粒三者形成纤维硅酸凝胶黏结体系,增加了土颗粒之间的黏结强度,减少了孔隙的连通,从而抑制了裂隙的产生和扩散。研究结果为土体改良技术的选择和评估提供科学依据。 展开更多
关键词 膨胀土 水玻璃 聚丙烯纤维 干湿循环 裂隙发育
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基于最优参数VMD和改进散布熵的轴承亚健康状态识别 被引量:2
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作者 魏文军 甘洁 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第2期887-899,共13页
针对轴承的亚健康状态存在噪声干扰、模态混叠、状态特征提取困难的问题,提出一种最优参数变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)和改进散布熵的轴承亚健康状态识别方法 。首先,设计改进的麻雀搜索算法(improved sparrow s... 针对轴承的亚健康状态存在噪声干扰、模态混叠、状态特征提取困难的问题,提出一种最优参数变分模态分解(variational mode decomposition, VMD)和改进散布熵的轴承亚健康状态识别方法 。首先,设计改进的麻雀搜索算法(improved sparrow search algorithm, ISSA)来自适应地搜索VMD最优分解参数,从而提高VMD分解效率和质量,然后根据所确定的最优参数对信号进行VMD分解,得到一系列本征模态函数(intrinsic mode function, IMF),接着计算每个IMF与原始信号之间的皮尔逊相关系数(pearson correlation coefficient, PCC),选择相关系数大于0.3的IMF分量来重构信号,以实现信号的降噪和状态特征增强。其次,为了更好地表征轴承信号的复杂度和不规则性,并有效区分轴承健康和亚健康状态,在散布熵中引入时移多尺度分析和分数阶微积分,以提取多个尺度上的轴承微细状态特征。最后,利用欧氏距离刻画轴承状态曲线,根据切比雪夫不等式设定亚健康阈值,当欧氏距离大于亚健康阈值时给出相应预警,完成轴承亚健康状态识别。在XJTU-SY和IMS轴承数据集上的试验结果表明:ISSA算法相比其他优化算法具有更高的收敛速度和精度,最优化参数VMD能有效消除模态混叠问题,改进散布熵能准确提取轴承全寿命状态微细特征。所提算法无须对模型进行训练便能准确识别轴承亚健康状态并给出预警,有利于维护人员更好地维护轴承运行状态。 展开更多
关键词 轴承 亚健康状态识别 最优参数VMD 改进麻雀搜索算法 时移多尺度分数阶散布熵
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考虑均衡服务和停站协同的城际铁路周期运行图优化 被引量:1
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作者 周文梁 闫璐云 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第2期557-568,共12页
城际铁路作为城市群中旅客出行的骨干,对促进城市群内城市之间人员往来和各生产要素流动具有重要意义。周期列车运行图使得列车等时间间隔运行、具有周期规律性,能够为居民提供更便捷的出行服务。为通过均衡各OD(起讫点)服务列车发车和... 城际铁路作为城市群中旅客出行的骨干,对促进城市群内城市之间人员往来和各生产要素流动具有重要意义。周期列车运行图使得列车等时间间隔运行、具有周期规律性,能够为居民提供更便捷的出行服务。为通过均衡各OD(起讫点)服务列车发车和降低列车旅行时长来提高旅客出行效率,进而提高城际铁路旅客服务水平,在构建周期时间-空间网络的基础上,以最小化列车总旅行时间和OD列车服务均衡性为目标,考虑OD最小服务列车数量约束、列车最大旅行时长约束等条件,建立考虑停站的城际铁路周期列车运行图优化的多目标整数规划非线性模型,进而设计一种基于有向图弧权优化的启发式算法对模型进行求解。算法为了体现不同列车对相同有向弧使用成本的差异性,提出一种基于列车的差异化弧权体系,实现相同有向弧为不同列车设置不同惩罚权值,以引导不同列车选择不同运行路径。最后以京津城际铁路周期运行图编制为例,对比分析单目标优化时间、单目标优化OD服务均衡、固定列车停站优化和考虑列车停站优化多种情形下的优化结果,相比初始运行图而言,各优化结果分别提高了列车旅行时间和OD列车服务均衡性7%、36%、32%及38%的整体效益。研究结果可为城际铁路运营管理部门进一步优化周期列车运行图和提高旅客服务质量提供参考。 展开更多
关键词 城际铁路 周期运行图 OD服务均衡 停站协同 启发式算法
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基于预设非奇异终端滑模控制的高速列车速度控制研究 被引量:1
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作者 侯涛 魏建鹏 牛宏侠 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第1期38-50,共13页
针对高速列车自动驾驶过程中容易受到外部不确定扰动以及速度控制精度低的问题,以预设性能控制理论和非奇异终端滑模控制理论为基础,提出一种基于扩张状态观测器-预设性能非奇异终端滑模控制的高速列车自动驾驶的速度控制方法。首先,设... 针对高速列车自动驾驶过程中容易受到外部不确定扰动以及速度控制精度低的问题,以预设性能控制理论和非奇异终端滑模控制理论为基础,提出一种基于扩张状态观测器-预设性能非奇异终端滑模控制的高速列车自动驾驶的速度控制方法。首先,设计扩张状态观测器对高速列车运行过程中所受的内部和外部的未知干扰进行估计和补偿;然后,通过采用预设性能函数把系统跟踪误差转换为一个变化误差,并控制变化误差在一定的范围,间接保证了系统跟踪误差始终在预先设定的范围内;其次,设计非奇异终端滑模面和高速列车自动驾驶系统速度控制律,并利用Lyapunov稳定性理论证明系统误差可以在有限时间内收敛于平衡点;最后,结合CRH3型列车参数和郑西高铁中西安北站—渭南北站段(950.620~1010.970km)实际线路数据,分别在没有干扰和有白噪声干扰的情况下对设计的控制系统进行仿真验证。仿真结果表明:基于扩张状态观测器-预设性能非奇异终端滑模控制的高速列车控制方法对速度和位移的跟踪精度较自抗扰的控制方法和非奇异终端滑模的控制方法有显著的提高,且对列车受到的干扰能够精确地估计和补偿,实现了对列车的运行期望曲线的高精度跟踪。该研究可以提高高速列车速度控制系统的鲁棒性和控制精度,为高速列车提供一种新的速度控制技术方案。 展开更多
关键词 自动驾驶 预设性能控制 非奇异终端滑模控制 高速列车 扩张状态观测器
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基于车线隧系统的环境振动预测评估方法及参数影响研究 被引量:1
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作者 徐磊 胡逸宁 +4 位作者 朱光楠 刘向明 刘虎兵 龙辉 黄厚龙 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第3期1177-1187,共11页
针对与日益稠密的城市地铁网相伴而生的地铁车致环境振动问题,基于车辆-轨道-隧道空间耦合时变动力学模型,引入环评经验预测公式,发展了高效的车致环境振动预测和评估方法,研究行车速度、扣件和减振垫刚度阻尼参数组合策略对隧道壁分频... 针对与日益稠密的城市地铁网相伴而生的地铁车致环境振动问题,基于车辆-轨道-隧道空间耦合时变动力学模型,引入环评经验预测公式,发展了高效的车致环境振动预测和评估方法,研究行车速度、扣件和减振垫刚度阻尼参数组合策略对隧道壁分频振级和地表Z振级的影响规律。研究结果表明:随着行车速度的增加,频谱幅值增大,隧道壁Z振级先增大,而后Z振级因峰值频率向高频偏移出计权范围而减小。选用扣件参数时需兼顾行车性能和环境振动的影响,扣件刚度超过60 kN/mm后减振效果不明显;轮重减载率会随扣件刚度的增大而增大,扣件阻尼宜选择26(kN·s)/m以下可满足限值要求。减振垫对隧道壁振动影响幅度较扣件显著,阻尼小于600(kN·s)/m^(3)时隧道壁Z振级随着减振垫刚度阻尼的增大而增大,隧道壁Z振级在隔振频率20Hz、阻尼600(kN·s)/m^(3)达到最大值。此外,基于规范给出了不同类型建筑距线路中心的达标范围,设计车速80 km/h及以下时,居民、文教建筑应距地铁线路中心20 m以上,商业、工业建筑应距地铁线路中心10m以上;20~1000(kN·s)/m^(3)减振垫阻尼以及5~24Hz隔振频率对应室内振级都能满足商业、工业建筑的要求,采用600(kN·s)/m^(3)以上的阻尼需要居民、文教建筑距线路中心10m以上。研究结果可为地铁线路结构减振参数设计提供参考。 展开更多
关键词 列车-轨道-隧道动力相互作用 实测验证 地表振级分布 参数组合分析 环境振动预测方法。
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一种用于接触网腕臂绝缘子破损大小检测的YOLOv7-OpenCV算法 被引量:1
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作者 张廷荣 段承成 +2 位作者 胡延文 张建鑫 范振华 铁道科学与工程学报 北大核心 2025年第4期1870-1882,共13页
针对接触网腕臂绝缘子采用传统机器加人工进行故障识别,难以实现绝缘子破损程度智能识别和即时监测的问题,提出一种YOLOv7-OpenCV算法以实现对腕臂绝缘子破损大小检测结果的即时量化。算法采用一种自适应直方图均衡化(AHE)策略以提升检... 针对接触网腕臂绝缘子采用传统机器加人工进行故障识别,难以实现绝缘子破损程度智能识别和即时监测的问题,提出一种YOLOv7-OpenCV算法以实现对腕臂绝缘子破损大小检测结果的即时量化。算法采用一种自适应直方图均衡化(AHE)策略以提升检测图像的局部对比度,同时将全局注意力机制(GAM)和全维度动态卷积(ODConv)模块引入到YOLOv7骨干网络中,加强网络对破损形状和大小等关键特征边缘信息的提取,提高模型对绝缘子破损目标的关注度和检测精度;在改进后的YOLOv7算法中集成OpenCV算法模块,通过滤波、边缘检测以及轮廓提取算法精确识别出破损轮廓,并实现对绝缘子破损大小的精准量化。通过对现场图像以及实验模拟条件下图像的检测性能结果对比分析,结果表明:所提出的改进算法对破损目标平均检测精度可达95.43%,相较于原YOLOv7算法提升了6.67%,提升了对破损识别的准确性;检测速率为41.3帧/s,满足实时监测对最小帧数的要求;对破损大小识别误差率较单一使用OPenCV平均降低了约10%,具有更高的检测精度与效率。研究所提出的针对腕臂绝缘子破损位置的精准定位与破损大小检测的实时量化算法,有利于提升牵引供电智能巡检水平。 展开更多
关键词 腕臂绝缘子 检测 YOLOv7 OPENCV 破损大小 量化
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