首页期刊导航|铁道科学与工程学报
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

    扭弯作用下内嵌H型钢-钢管混凝土柱拟静力试验研究

    袁帅皮正波王宇航
    3706-3718页
    查看更多>>摘要：为研究扭弯作用下内嵌H型钢-钢管混凝土柱的力学性能,以截面形式和扭弯比为参数对6个内嵌H型钢-钢管混凝土柱进行拟静力往复加载试验,得到扭弯作用下内嵌H型钢-钢管混凝土柱的破坏形态、滞回曲线、弯矩-位移骨架曲线及关键力学特征和刚度退化曲线.研究表明:1)随扭弯比增加,内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱和内嵌H型钢-方钢管混凝土柱的破坏特征由"弯"型向"扭"型转变;2)扭矩增加到弯矩的34％和67％时,内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱的峰值弯矩分别减少5.0％和17.7％,而内嵌H型钢-方钢管混凝土柱的峰值弯矩分别减少5.5％和22.7％,反映内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱和内嵌H型钢-方钢管混凝土柱均有较好的扭弯复合承载力;3)扭矩对内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱和内嵌H型钢-方钢管混凝土柱的早期受弯刚度影响较小,但会降低内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱和内嵌H型钢-方钢管混凝土柱的峰值割线受弯刚度;4)提出了内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱和内嵌H型钢-方钢管混凝土柱的扭弯承载力计算方法,该方法得到的扭弯承载力理论值与试验值吻合良好,有较好的精度.研究结果可完善内嵌H型钢-钢管混凝土组合结构构件的基本理论,为内嵌H型钢-圆钢管混凝土柱和内嵌H型钢-方钢管混凝土柱的扭弯承载力设计计算提供参考.

    扭弯作用扭弯比内嵌H型钢-钢管混凝土柱扭弯承载力扭弯相关关系

      原文链接:
    • 万方数据
    • 维普

    基于改进Sherwood-Frost模型的钢结构重防腐涂装本构研究

    蔺鹏臻陈星
    3719-3731页
    查看更多>>摘要：为探究影响钢结构重防腐涂装层单轴拉伸力学行为的关键因素,并据此构建其综合多重因素影响的本构模型.选取底漆、中间漆、面漆结合的3层钢结构重防腐涂装体系为研究对象,使用控制变量法对涂层进行单轴拉伸试验,记录各项拉伸力学性能指标,包括拉伸强度、断裂伸长率等.试验在-20～50℃的温度范围内进行,应变率设置在6.67×10-4～1.67×10-2 s-1内,中间漆厚度则在140～700μm之间变化.量化分析各因素对钢结构涂装层力学性能的影响程度,并揭示各影响规律产生的原因.基于Sherwood-Frost模型理论,结合涂层材料特性及试验结果,确定本构模型温度项、应变率项及厚度项,构建多因素钢结构涂装层本构模型.通过对钢结构重防腐涂装层进行应变率恒定,不同温度和中间漆厚度2种工况耦合的单轴拉伸试验,验证该模型的可靠性.研究发现,在试验条件范围内,随着温度升高或应变率降低,涂层的拉伸强度减小而断裂延伸率增大.在中间漆厚度方面,当厚度为560μm时,涂层的力学性能响应最为明显.构建的本构模型预测值与试验结果的相关系数r均在0.97及以上,能够描述和预测在各种单因素或多因素耦合影响下涂装层的拉伸力学性能表现.研究可以为钢结构重防腐涂装层的设计和应用提供理论支持,并为相似结构的防腐设计和研究提供参考.

    钢结构重防腐涂装力学性能影响因素本构模型

      原文链接:
    • 万方数据
    • 维普

    高海拔下内燃机车车顶热流输运特性研究

    于德壮刘慧颖周丹项盼...
    3732-3742页
    查看更多>>摘要：内燃机车车顶排放的高温浮射流会对列车外流场分布和下游设备的散热性能产生影响,研究高温浮射流对车体周围气动特性的影响有助于评估下游设备的散热环境状况.采用三维、非定常、可压缩雷诺时均Navier-Stokes方法的Realizable k-ε两方程湍流模型,对5节编组高速列车进行数值仿真模拟计算,并与实车试验结果进行对比验证.此外,还分析了不同海拔高度、列车运行速度下的高温浮射流扩散效应.结果表明:随着海拔高度升高,大气密度减小,柴油机排放的高温气体所受的惯性力加强,气流向上运动趋势增加,列车表面最高温度降低.当运行环境的海拔高度由3000 m上升至5000 m时,内燃机车车顶最高温度由117℃下降到86℃.而列车运行速度加快致使柴油机释放的高温气流更贴近列车表面,导致车顶表面最高温度上升.当列车以80 km/h运行在3000 m海拔高度时,列车车顶最高温度为81℃,列车运行速度提高到160 km/h时,最高温度为143℃.研究阐明了高海拔、低气压、低密度的环境中,内燃动力车驱动列车以不同运行速度在明线运行时,柴油机出风口产生的高温气流对列车外流场气动特性的影响机制.

    内燃机车高海拔低气压高温浮射流数值仿真

      原文链接:
    • 万方数据
    • 维普

    Y型蜂窝等效模型及蜂窝夹芯结构车体的仿真分析

    石姗姗马嘉欣陈秉智汉红彪...
    3743-3754页
    查看更多>>摘要：复合材料夹芯结构在轨道车辆车体轻量化中应用广泛,但在大型夹芯结构车体仿真计算时,存在结构层次复杂且分析经验较为缺乏等问题.本文提出考虑蜂窝双壁影响的Y型蜂窝等效模型,然后基于Y型蜂窝等效构建碳纤维铝蜂窝夹芯板和格栅增强碳纤维铝蜂窝夹芯板仿真分析模型,并将其分别与三点弯曲试验进行验证.根据传统列车车体的蒙皮骨架形式,构建碳纤维铝蜂窝车体和格栅增强碳纤维铝蜂窝车体,并运用BS EN 12663∶2010标准和《复合材料设计手册》中的设计标准分析其刚度、强度、应变等力学性能.研究结果表明:碳纤维铝蜂窝夹芯板和格栅增强碳纤维铝蜂窝夹芯板三点弯曲仿真结果与试验值误差分别为2.8％和0.1％,验证了Y型蜂窝等效模型具有较高的精度;碳纤维铝蜂窝车体的比刚度最低提升了49.4％,强度最高提升了64.5％;格栅增强碳纤维铝蜂窝车体的比刚度最低提升了67.6％,强度最高提升了66.2％.对于2种蜂窝夹芯结构车体的蒙皮来说,格栅增强碳纤维铝蜂窝车体应变最低下降了36.9％,失效因子最低下降了61.1％,相比碳纤维铝蜂窝车体有较充足的安全余量;相比原不锈钢车体,2种蜂窝夹芯结构车体具有较好的减重效果,碳纤维铝蜂窝车体减重33.4％,格栅增强碳纤维铝蜂窝车体减重13.1％.基于Y型蜂窝等效模型的碳纤维夹芯结构仿真分析,为先进复合材料轨道车辆车体结构轻量化设计提供了参考.

    复合材料夹芯结构Y型蜂窝等效模型三点弯曲格栅增强蜂窝车体结构仿真

      原文链接:
    • 万方数据
    • 维普

    主动径向转向架动力学仿真及磨耗性能评价

    纪佳馨杨培杰张维家
    3755-3764页
    查看更多>>摘要：为了探究地铁列车通过曲线时主动径向转向架对轮轨磨耗的影响,基于Simpack和Matlab/Simulink软件搭建主动径向车体动力学模型,通过轮轨横向力、轮对冲角、轮对横向位移以及脱轨系数等动力学仿真指标来评价车辆的曲线通过性及安全性,最后利用JENDEL磨耗模型来评价车辆过曲线时轮轨的磨耗性能.研究结果表明:编制控制算法时,利用侧滚角速度对滤波后的横向加速度信号进行实时补偿是合理的,补偿后作动器实际动作位移与理论动作位移相比只存在少许波动.当车辆通过曲线时,主动径向转向架与常规转向架相比,轮对冲角最大值由4.5 mrad下降到1.2 mrad,降低了73.3％;轮轨横向力最大值由14.1 kN降至1.8 kN,下降了87.2％;轮轨之间的横向位移也从12.2 mm下降到8.5 mm,下降了30.3％;脱轨系数从0.225下降到0.05,降低了77.8％,车辆的曲线通过性和运行安全性得到了提高.主动径向转向架使轮轨的磨耗位置发生改变,从轮缘和钢轨侧面磨耗发展到了车轮踏面和钢轨头顶面磨耗,减缓了轮缘和钢轨侧面的磨损,延长了车轮镟修周期,增加了使用寿命.利用JENDEL磨耗模型进行仿真分析,主动径向转向架与常规转向架相比,轮轨磨耗量明显降低,主动轮对外侧车轮和轨道磨耗量分别降低74.5％和75.9％,内侧车轮和轨道分别降低61.6％和61％,从动轮对外侧车轮和轨道磨耗量分别降低39.2％和43.7％,内侧车轮和轨道分别降低41.5％和44.3％.研究成果为主动径向控制的有效性提供了依据.

    主动径向转向架曲线轮轨磨耗

      原文链接:
    • 万方数据
    • 维普

    重载机车无模型黏着预测控制研究

    程翔何静张昌凡贾林...
    3765-3774页
    查看更多>>摘要：重载机车牵引动力的有效发挥依赖于轮对和钢轨接触时形成的黏着力,然而,由于重载机车黏着过程动力学非线性强、变量耦合多、最优蠕滑速度检测难,导致传统控制方法难以对黏着进行高效控制.针对该问题,提出一种无模型黏着集成预测控制方法.首先,分析传统无模型方法存在的问题,建立重载机车蠕滑速度新型扩张超局部模型.其次,设计扩展滑模观测器估计超局部模型中的不确定部分,不同于传统观测方法,该观测器能够"一步式"估算机车当前的黏着系数和蠕滑速度;同时引入一种改进的后调制无稳态振荡极值搜索方法并进行收敛性分析,在有效黏着系数观测的基础上实时寻优期望蠕滑速度.再次,基于最优蠕滑速度极值搜索设计一种离散蠕滑速度预测控制器,避免传统的控制律设计中引入蠕滑速度微分导致的噪声放大问题,并证明闭环控制下的系统稳定性.最后,与传统滑模黏着控制策略进行仿真对比,印证本文所提控制框架能有效降低黏着控制策略设计的复杂度,提升控制转矩的平滑度.在轨面条件突变的情况下,改进无稳态极值搜索方法能够准确搜索适合的最优蠕滑速度,在3种预设工况下都能够准确锁定最优值;离散黏着控制律能够更为精确地控制驱动转矩,与传统的带有蠕滑速度微分的黏着控制律相比极大地降低了转矩抖振.由此可知,该重载机车无模型黏着预测控制方法能够充分发挥黏着系统效能,实现多工况瞬变下的高效黏着控制.

    重载机车黏着控制无模型控制极值搜索扩张观测器

      原文链接:
    • 万方数据
    • 维普

    地铁车底松动紧固件视觉检测算法研究

    董华军姚佳岐何晨阳李金金...
    3775-3786页
    查看更多>>摘要：提高列车车底检测机器人中检测算法的适应性与准确性,对提升列车的智能化运维能力具有重要意义.针对现有紧固件检测算法中拍摄条件苛刻和防松线标记要求高等问题,提出应用于地铁车底检测机器人的紧固件松动检测算法.首先,在图像内紧固件完整且防松线无明显遮挡的情况下,采用改进的YOLOv5目标检测网络获取图片内每个紧固件目标,并将其分为3类;其次,使用DeepLabv3_plus图分割网络提取防松线图形轮廓,并将其转为二值图片;然后分别计算螺栓、螺母螺杆及金属管道接头这3类紧固件去噪后图片内两防松线的角度差、三防松线质心所接三角形内角极值以及多防松线与其最小外接矩形的面积占比,将对应计算值与拟定阈值对比,进行松动判定.最后,统计检测图片内实际松动情况,制定每类紧固件的二分类混淆矩阵,计算分析评价指标,与其他算法进行对比,并对实际地铁车底紧固件应用算法进行验证.结果显示改进YOLOv5目标检测网络模型MAP@0.5值由0.877提升至0.911,DeepLabv3_plus图像分割网络模型MIoU值高达0.950,松动判定检测所得658个紧固件MCA值分别为0.907、0.959以及0.888,表明算法可有效避免松动紧固件漏检.应用算法检测实际地铁车底各类紧固件,准确率均达90％以上.实验证明了目标检测算法改进的可行性、图像分割网络的适用性和松动判定算法的可靠性,为地铁车底紧固件松动检测智能运维工作提供重要技术支撑.

    紧固件松动地铁车底机器视觉目标检测图像分割

      原文链接:
    • 万方数据
    • 维普

    基于深度神经网络的7065铝合金厚板应力检测模型

    杨小平武修瑞郑许任月路...
    3787-3796页
    查看更多>>摘要：针对工业生产中传统超声应力检测法对铝合金厚板在不同拉伸率和不同温度条件下存在的测量误差的问题,以7065铝合金厚板为实验对象,提出一种在不同拉伸率和不同温度条件下的基于树突神经网络的应力预测模型与传统超声检测法融合的应力检测模型,然后使用改进的GSA-GRNN对该应力检测模型进行温度补偿.以南南铝公司生产的7065铝合金厚板为研究对象,使用恒温槽为超声检测提供恒温环境,分别对不同拉伸率、不同温度下的7065铝合金厚板进行超声检测,将声时差、拉伸率作为输入参数,应力作为输出参数,创建一个基于树突神经网络的应力检测模型,然后将应力检测模型的输出作为输入,使用改进的GSA-GRNN建立温度补偿模型对应力检测模型进行温度补偿.研究结果表明:融合了传统超声声时差的检测模型均方根误差为0.84636,相关系数为0.99743,和其他神经网络模型对比,该模型拥有更好的精度;在对该模型进行温度补偿后,模型的应力均方根误差和相关系数分别可以达到0.78848和0.99844,模型的精度得到了进一步的提升.证明基于数据驱动的神经网络融合传统超声检测可以有效降低检测误差,同时省去传统检测方法人工计算应力的时间,提高了检测效率.研究结果可以为基于数据驱动的应力检测模型提供进一步的优化参考.

    应力检测树突神经网络粒子群算法万有引力搜索算法声时差

      原文链接:
    • 万方数据
    • 维普

    基于轻量级注意力生成对抗网络的TEDS图像盲去模糊研究

    王登飞苏宏升陈光武吕晓聪...
    3797-3808页
    查看更多>>摘要：列车高速运行易导致列车表面部件出现机械损伤,影响列车的运行安全.用于损伤检测的动车组运行故障图像检测系统(TEDS)需进行检测的部件形态多样、体积大小不一,且因列车运动、拍摄设备的震动等带来的拍摄图片不同程度的模糊,给工作人员对故障的分析和标注带来干扰,影响检测的实时性和准确率,故提出一种基于轻量级注意力生成对抗网络的TEDS图像盲去模糊算法.第1步,采用改进的带通道注意力和空间注意力机制的线性倒残差瓶颈模块构建轻量级特征提取网络,将其提取的5种尺度的特征送入特征金字塔网络(FPN)构建生成器,使生成器能有效地关注重点信息、综合底层和高层信息、从多尺度提取特征;第2步,采用谱归一化U_Net作为判别器网络,对局部信息产生更精确的梯度反馈,并在局部,全局双判别器的基础上加入逐像素判别,增强对图像纹理和细节上的对抗学习.研究表明,算法处理后TEDS图片较其他算法对不同尺度的目标均有更好的去模糊效果,图像有更高的清晰度;评价指标PSNR和SSIM达到28.6和91.2％,较其他算法分别提升了0.7和3.8个百分点;轻量级网络参数文件只有13.6 M,与其他算法相比,其速度取得几十倍的提升,在不使用GPU的情况下每分钟可对75张TEDS图片进行去模糊处理,达到TEDS系统的实时性需求.研究成果可有效提高TEDS系统的图片质量,提高损伤检测和标注的精准度,提升工作人员的效率,更好地保障铁路的安全运行.

    动车组运行故障图像检测系统盲去模糊注意力机制生成对抗网络MobileNet

      原文链接:
    • 万方数据
    • 维普

    基于机-岩状态识别和融合注意力的盾构姿态多步预测

    熊栋栋刘哲许超
    3809-3821页
    查看更多>>摘要：为准确预测未来多个时刻的盾构姿态,帮助盾构操作人员提前识别盾构姿态变化趋势,以进行早期决策,提出基于机-岩状态识别和融合多尺度的特征-时域注意力机制的知识-数据双驱动盾构掘进姿态多步预测方法.引入实时反映机-岩工作状态关系的场切入指标FPI、单位贯入度的刀盘扭矩指标TPI、分区可掘性指标FPIR、螺旋机性能指标STP等复合参数指标,作为模型的输入特征参数,并构建以GRU为基础单元的Encoder-Decoder网络结构.在特征维度上,采用融合多尺度一维卷积的特征注意力机制,自适应捕捉不同层次、不同尺度的盾构掘进参数特征;时间维度上,在解码器中引入时域注意力机制,充分挖掘盾构掘进数据中的长期历史信息和短期输入输出序列的隐藏依赖关系.广州地铁12号线盾构掘进历史数据的模型测试结果分析表明,该预测方法在不增加网络复杂性的前提下,既缓解了算法自身在寻优、迭代和匹配时产生的可解释性差、效率低等问题,又大幅提升模型的特征提取、时间序列的相关性捕获及长期趋势挖掘的能力,实现盾构掘进姿态的精准多步预测,其性能明显优于门控循环神经网络LSTM、GRU及其经典组合模型GRU-SelfAttention、GRU-MultiheadAttention等.研究结果为进一步完善盾构掘进姿态预测方法、提升盾构掘进姿态优化控制水平提供参考.

    盾构盾构姿态多步预测复合参数指标一维卷积特征注意力时域注意力

      原文链接:
    • 万方数据
    • 维普