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期刊信息/Journal information
铁道科学与工程学报
铁道科学与工程学报

余志武

双月刊

1672-7029

jrse@mail.csu.cn

0731-82655133；82656174

410075

长沙市韶山南路22号

铁道科学与工程学报/Journal Journal of Railway Science and EngineeringCSCD北大核心CSTPCD
查看更多>>本刊是中南大学主办的以理工为主的综合性学术刊物。1979年创刊，1982年公开改进，主要刊登土木工程、建筑工程、交通工程、自动控制、计算机科学与技术、运输管理工程、机电工程、数学力学、基础研究等方面的学术论文。1992年起被列为全国中文核心期刊，1994年被列为美国Ei Page数据库核心期刊。
正式出版
收录年代

    钢轨调频阻尼器质量分布与性能研究

    孙志强孙方遒丁德云郝晨星...
    3585-3594页
    查看更多>>摘要：为研究减振块中谐振质量分布对钢轨调频阻尼器动力性能的影响,采用数值仿真与平台试验相结合的方法,对比分析不同谐振质量体分布下的钢轨调频阻尼器在典型频率和钢轨振动衰减率方面的差异,并分别选取2个试验段,采用现场测试的方法对钢轨调频阻尼器在减振垫浮置板轨道、减振扣件轨道结构下的钢轨振动以及轨旁噪声控制效果进行分析.研究结果表明:减振块中质量体的分布影响减振块的模态频率、有效频段和分频吸振效能,上层质量体及邻近弹性层厚度确定了垂/横向1阶频率,近轨侧弹性层厚度及总质量确定了吸振能力最高的频率.钢轨调频阻尼器的模态频率与试验平台垂向振动衰减率峰值频率和衰减率增加的显著频段一致性较好,可根据模态频率和参振质量比对减振块质量分布进行优化.经平台试验,前十五阶模态参振质量低与高的两款钢轨调频阻尼器安装后,钢轨振动衰减率最大值由安装前的0.53dB/m分别提升至3.54dB/m和4.07dB/m,钢轨垂向振动衰减率分频最大增加率分别为1143％和2023％.由现场测试结果可知,安装调频钢轨阻尼器可降低减振垫浮置板轨道1～1000Hz频段钢轨振动加速度总级值5.6dB,降低波磨主频处分频振级2.2～5.8dB,并有效降低钢轨表面粗糙度发展速度;安装后可降低高等级减振扣件轨道轨旁噪声6.1dB(A).研究成果可为钢轨调频阻尼器的结构设计及优化提供参考.

    钢轨调频阻尼器质量分布钢轨振动衰减率平台试验现场测试钢轨波磨

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    科隆蛋扣件直线路段钢轨波磨形成机理研究

    汪梦寒顾晓菡王安斌
    3595-3607页
    查看更多>>摘要：为研究国内地铁科隆蛋扣件直线路段钢轨表面出现的短波长波磨现象,用CAT波磨仪测试钢轨波磨静态特征,通过力锤敲击法测试轨道结构的频率响应函数以及轮轴的模态特性.考虑簧下质量用ABAQUS软件建立轮轨耦合有限元模型,并基于此建立三维瞬态滚动有限元模型,分析轮轨耦合条件下轨道的模态特性以及轮轨瞬态滚动特性.基于轨道结构振动理论与瞬态滚动理论,分析轮轨耦合系统动态特性与钢轨波磨的相关性.研究结果表明:在直线路段左右轨钢轨磨损的程度几乎一致,钢轨波磨主要波长为30～40mm,在运营车速为80km/h的车速下波磨波长的通过频率为555～740Hz;轮轨耦合系统在波磨波长通过频率范围内振动的模态振型主要表现为钢轨相对于轨道板的垂向弯曲振动;在25～50mm短波长凹坑的激励下轮轨垂向力差值显著频率和轮轨耦合系统的垂向弯曲振动频率与波磨波长通过频率相吻合,钢轨波磨的产生与该路段钢轨的垂向Pinned-Pinned频率关系不大,主要是轮轨耦合系统570～710Hz内钢轨的垂向中高频固有特性被钢轨表面损伤激发导致的.轨道结构波磨的产生主要与轨道结构中高频固有特性相关,轮轨耦合中高频模态特征被激发是诱发和加剧钢轨波磨发展的根本原因.研究成果可为解释科隆蛋扣件直线路段钢轨波磨的形成奠定有关理论基础.

    科隆蛋扣件钢轨波磨轮轨耦合动态特性凹坑激励中高频模态

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    基于迁移颗粒振动能量的粒料基层填料压实质量评价

    王萌肖源杰孔坤锋于群丁...
    3608-3621页
    查看更多>>摘要：目前,粒料基层振动碾压质量评价指标多基于振动轮的动力响应,鲜有研究考虑粒料基层填料自身的振动信号.依托新建铁路砂土路基填筑碾压现场试验段,开展动态变形模量测试,采用无线智能颗粒传感器实时监测振动碾压过程中填料颗粒的迁移运动,进而分析三向加速度及其边际谱能量随碾压遍数的变化规律;基于迁移颗粒的边际谱振动能量幅值,提出新的压实指标:迁移颗粒振动能量压实值(migrating particle vibration energy compaction value,MPVECV),并分析其与碾压遍数和动态变形模量之间的关联性,探究振动模式、碾压速度及监测位置对新压实指标评价效果的影响程度.研究结果表明:振动碾压过程中粒料基层填料颗粒存在多方向的振动效应,进而促使填料不断运动致密,上部振动轮输出能量驱使填料内部颗粒不断小幅运动和调整直至整体稳定.传感器的加速度边际谱幅值与振动碾压遍数以及动态变形模量的关联性较好;迁移颗粒平行于行车方向的MPVECV指标相比于其在垂直于行车方向及竖直方向的MPVECV指标可更好地表征粒料基层填料的压实质量和动态变形模量,因此可用其评价填料的压实状态.MPVECV指标更适用于强振工况且其评价效果受碾压速度和监测位置的影响并不显著.研究结果可为粒料基层填料智能压实提供实时、无损的评价指标和技术.

    路基工程粒料基层填料振动压实压实质量评价颗粒迁移运动智能传感监测动态变形模量

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    胶凝风化料配合比三轴试验颗粒流细观模拟

    王能龙徐兴倩肖思友赵熹...
    3622-3635页
    查看更多>>摘要：胶凝砂砾石料筑坝具有就地取材方便、经济环保及施工快速等优势,但胶凝风化料配合比较难确定,室内试验存在取样难、测试周期长及耗费高等问题,智能算法未考虑材料颗粒特征及矿物成分影响且需要大量训练样本.为了探索颗粒流法应用于胶凝风化料配合比设计的可行性,采用PFC3D颗粒流对不同水泥、粉煤灰和风化料掺量的胶凝材料进行三轴数值模拟分析,探讨不同配合比胶凝风化料抗剪性能及变形破坏特征,最终获取胶凝风化料的最佳配合比.研究结果表明:1)在相同围压和粉煤灰掺量条件下,随着水泥掺量逐渐增加,胶凝风化料峰值应力逐渐增大,但对于相同水泥掺量,粉煤灰占比较小有利于提高胶凝风化料抗剪强度,反之粉煤灰占比增加则会削弱胶凝风化料的抗剪强度;2)胶凝风化料中粉煤灰和水泥掺量对其剪切特性影响较大,在两者掺量合理占比范围内,随水泥、粉煤灰掺量增加,胶凝风化料在变形破坏机理上表现为剪切破坏位移减小,抗转动能力增强,黏结颗粒量增加,进而有效地提高了胶凝风化料的抗剪强度;3)基于数值模拟得到胶凝风化料三轴模拟最佳配合比为水泥∶粉煤灰∶风化料=1∶0.95∶18.38,以该配比制备试样开展室内大三轴测试验证,发现胶凝风化料抗剪强度模拟值与试验值相对误差较小.通过颗粒流法模拟不同配比胶凝风化料抗剪特性具有较好的适用性,能有效提高胶凝风化料的配合比设计效率.

    胶凝风化料PFC3D三轴模拟配合比细观结构抗剪强度

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    沸石粉水泥砂浆早期力学性能改善及机理研究

    马晓宁龙广成廖志泓谢友均...
    3636-3646页
    查看更多>>摘要：为了降低大掺量沸石粉对早期强度的削弱作用,进一步提高沸石粉在水泥基材料中作用效率,促进其在水泥基材料中的应用,通过设计系列试验,探究交流电场直接养护(electric curing,EC)、无机系早强剂(硫酸钠、硅酸钠)及二者共同作用下沸石粉掺量对砂浆强度的影响规律,并通过水化放热和孔结构测试分析,探讨其相应机理.通过测试28 d水泥砂浆抗压强度评估直接电养护、早强剂及2种方法耦合对后期强度的影响.研究结果表明:砂浆强度随沸石粉掺量呈现出先增加而后降低的规律,掺10％沸石粉砂浆的1 d、28 d抗压强度相较于基准砂浆分别约提高了19％、8％.直接电养护和早强剂硫酸钠均能显著提高掺沸石粉水泥砂浆的早期强度,直接电养护的改善效果略低于硫酸钠;在电养护与硫酸钠共同作用下,能进一步提升较高沸石粉掺量砂浆的强度,沸石粉掺量30％时,试件1 d抗压强度最高可提高达25％.水化热结果显示,随着沸石粉掺量的增加,浆体72 h累计水化放热出现不同程度的降低,沸石粉可在一定程度上促进水化,沸石粉与硫酸钠共同作用可明显提高体系水化放热速率和放热量.掺入沸石粉对体系孔隙有一定细化作用,直接电养护的试件28 d龄期累计孔隙含量稍高于标准养护.本研究可为改善大掺量沸石粉水泥砂浆早期力学性能提供思路,对促进沸石粉在水泥混凝土中的应用具有重要意义.

    沸石粉直接电养护早强剂力学性能砂浆

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    青藏高原雅江河谷地带碎块石土强度特性及颗粒破碎分析

    全志温韬郭威贾文君...
    3647-3660页
    查看更多>>摘要：碎块石土在西藏等高寒地区广泛分布,其力学性质受粗颗粒含量、干密度及含水率的影响较大,且对评价该区域的堆积层滑坡稳定性十分重要.为探究粗颗粒含量、干密度及含水率对青藏高原雅鲁藏布江河谷地带碎块石土强度和颗粒破碎率等参数的影响规律,开展了4种粗颗粒含量、3种干密度和2种含水工况下的碎块石土大直剪试验,分析了剪切过程中的应力变化规律、剪切后的颗粒破碎率及体变特征.结果表明:当试样干密度为1.4 g/cm3时,应力应变曲线在高粗颗粒含量(p5≥40％)下没有出现峰值,试样未发生剪切破坏,随着干密度的增大,试样发生剪切破坏的临界粗颗粒含量和竖向压力不断降低;碎块石土的黏聚力c以p5=20％为临界点,随着粗颗粒含量的增大先减小后增大,内摩擦角φ随p5的增大逐渐变大;碎块石土的颗粒破碎率与粗颗粒含量、竖向压力和初始干密度均呈正相关;粗颗粒含量和干密度的增大均会提高试样的界面抗剪强度,降低试样的最终体变量.试样的剪胀性受碎块石相互咬合形成的骨架结构的强度和竖向压力的影响,当σ=100 kPa,p5≥20％时,试样表现出剪胀特性,随着竖向压力的增大,试样由剪胀向剪缩转变;在饱和含水工况下,碎块石土的抗剪强度降低,最终体变量与剪缩量大幅增加.研究成果可为青藏高原碎块石土滑坡稳定性研究提供指导.

    大直剪试验粗颗粒含量抗剪强度指标颗粒破碎率剪胀

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    基于PSO-LSTM的重载铁路车轨桥系统随机振动响应预测方法

    毛建锋李铮伍军余志武...
    3661-3671页
    查看更多>>摘要：在车桥系统随机振动分析中,随机动力响应是评价行车安全性的关键因素之一,而现有的响应计算方法存在耗时长、成本高的问题.能够快速准确预测车-轨-桥系统的动力响应对重载铁路桥梁的状态评估和运维养维具有重要意义.本文提出了一种基于粒子群优化(Particle Swarm Optimization,PSO)长短期记忆(Long Short-term Memory,LSTM)神经网络模型的重载车桥系统随机振动响应预测方法.该方法以车桥随机参数与轨道随机不平顺激励为输入,以桥梁动力响应为输出构造代理模型.首先,基于商业软件MATLAB平台构建PSO-LSTM网络模型;其次,通过建立的车-轨-桥系统随机振动分析模型计算初始样本集对应的随机动态响应,并进行模型训练,同时利用PSO算法优化LSTM结构参数;最后,使用训练好的PSO-LSTM模型对桥梁动态响应进行预测.为了验证本算法的优越性和鲁棒性,以朔黄重载铁路实测数据为例,对比本算法与BP(Back Propagation)神经网络、GRU(Gated Recurrent Unit)神经网络和LSTM神经网络的预测效率,并讨论不同车速下的预测情况,开展本模型与实测数据及有限元分析数据的对比分析.研究结果表明:在PSO优化下,LSTM模型预测结果得到一定的改善,PSO-LSTM模型拟合相关性系数可以达到0.97,其他评价误差值也均小于BP神经网络、GRU神经网络模型,本文模型可更高效准确地预测桥梁随机动力响应,可为进一步发展车-轨-桥系统随机振动响应预测理论提供技术支持.

    随机振动响应预测PSO算法LSTM神经网络车轨桥系统

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    隧道纵向风及列车侧门开启方式对车厢内火灾温度场影响研究

    徐志胜程昕菲陈俊伟赵家明...
    3672-3683页
    查看更多>>摘要：为了探究隧道纵向通风、列车侧门开启方式对车厢内部火灾烟气温度分布的影响规律,建立1∶15缩尺寸"车-隧"耦合试验模型,以及着火车厢侧门双侧开启时"车-隧"耦合区间车厢内部考虑无量纲纵向风速、无量纲侧门开口因子、无量纲火源热释放速率的无量纲烟气回流长度分段函数关系式.定性分析车厢顶部烟气温度分布规律,定量分析车厢内烟气回流长度数据,从而揭示烟气回流长度随纵向风速、侧门开启方式和火源热释放速率变化的规律.研究结果表明:不同纵向风速下,火源上游烟气温度分布在贯通门位置处发生明显降低.不同侧门开启方式下,着火车厢侧门双侧开启工况的火源上游温度衰减速率大于侧门单侧开启的工况;随着车厢每侧侧门开启数量增加,着火车厢侧门单侧开启工况与双侧开启工况的火源上游温度衰减速率差距随之增大.着火车厢、非着火车厢侧门均单侧开启时,烟气回流长度变化规律受贯通门停滞影响较大,当火源热释放速率增大至5.7 kW,纵向风速大于0.8 m/s后,烟气回流长度不再随纵向风速的增大而变化.着火车厢侧门双侧开启、非着火车厢侧门单侧开启时,烟气回流长度符合加速衰减区、停滞区、缓慢衰减区变化规律.研究结果可为提升列车火灾烟气防治效果,加强区间隧道烟气控制及运营安全提供经验和理论参考.

    "车-隧"耦合区间车厢火灾侧门开启方式纵向通风温度分布烟气回流长度

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    地下隧道竖向疏散现场试验研究

    陈俊伟李姚徐志胜谢宝超...
    3684-3695页
    查看更多>>摘要：近年来,隧道的疏散设计中普遍应用竖向疏散模式,但该模式的安全性缺少真实试验数据支撑和验证.为探究隧道竖向疏散模式下的人员疏散行为特征及关键参数,采用现场试验的方法,在某隧道内搭建火灾时的交通堵塞场景,组织188名参与者(109名男性,79名女性)开展大规模人群疏散研究,针对人员疏散时间、疏散行走速度、疏散楼梯人员通行能力、疏散楼梯盖板开启时间等参数进行分析.研究结果表明:1)隧道火灾时,人员疏散受到隧道熟悉度和疏散引导的显著影响,在紧急疏散过程中更容易发生拥堵,疏散引导可极大地改善人员的出口及路径选择,提高疏散效率.2)交通堵塞状态下,人员疏散行走速度因隧道熟悉度的提高和疏散引导而显著提高.行车道上,男性和女性的平均速度分别由1.38 m/s、1.39 m/s提高至1.94 m/s、1.99 m/s.但在下部安全疏散通道内,参与者出现懈怠和放松的情绪,平均疏散行走速度会略有降低.应考虑在疏散通道内设置一些警示标志以督促引导人员疏散.3)入口宽度为1.09 m的疏散楼梯的最大人员通行能力为38人/min;男性参与者开启楼梯盖板的平均时间为7.5 s,女性参与者开启楼梯盖板的平均时间为12.6 s,相比于女性,男性参与者更容易打开楼梯盖板.研究结果可为隧道疏散逃生方案设计、运营管理提供真实试验数据参考,提高隧道防灾疏散水平.

    隧道火灾隧道逃生疏散楼梯现场试验疏散能力

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    不同卸荷水平下饱和红砂岩三轴压缩破坏及能量演化特征

    温树杰朱杰王雷袁心安...
    3696-3705页
    查看更多>>摘要：为保证水下红砂岩地层隧道的安全施工,避免开挖区突水、失稳等工程事故的发生.以赣州蓉江四路过江隧道工程为依托,对饱和状态下的泥质红砂围岩开展初始卸荷水平为60％、70％、80％和100％(无卸荷)的三轴压缩对比试验,分析不同初始卸荷水平下三轴压缩力学特性变化规律,并结合扫描电镜,对试验后岩样的宏细观破坏特征进行对比分析.基于能量耗散原理,对不同初始卸荷水平下饱和泥质红砂岩试样的能量关系进行拟合,揭示卸荷过程中的破坏特征与能量演化之间的规律.研究结果表明:无卸荷三轴压缩破坏时的峰值偏应力远高于初始卸荷水平为60％、70％、80％时的峰值偏应力,随着初始卸荷水平的提高,饱和泥质红砂岩的峰值偏应力在增加,偏应力增加值在减少,环向变形减小,卸荷所导致的岩样扩容时间会更短,岩样内部的裂隙及黏结颗粒碎屑和表面的破裂纹路增多并发生贯通,且受张拉破坏越明显.在卸荷条件下,三轴压缩达到屈服阶段后,岩样裂隙快速发展,弹性应变能增加缓慢,耗散能急剧增加,破坏阶段时,岩样内部存储的弹性应变能达到存储极限并瞬间释放,产生更多的裂隙.随着初始卸荷水平的提高,峰值偏应力对应的总应变能、弹性应变能及耗散能均呈现先减小后增大的趋势.研究结果可为红砂岩分布地区的水下隧道开挖及建设提供一定的理论参考.

    初始卸荷水平水下隧道三轴压缩泥质红砂岩能量演化

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