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期刊信息/Journal information
中南大学学报（自然科学版）
中南大学
中南大学学报（自然科学版）

中南大学

黄伯云

月刊

1672-7207

zngdxb@csu.edu.cn

0731-88879765

410083

湖南省长沙市中南大学校内

中南大学学报（自然科学版）/Journal Journal of Central South University（Science and Technology)CSCD北大核心CSTPCDEI
查看更多>>本刊是中南大学主办的一本以有色金属和稀有金属为主的综合性学术刊物，主要刊登地质采矿、矿物工程、有色冶金、材料科学与工程、机械工程、自动控制工程、计算机科学、应用数理化等方面的学术论文和科研成果，可供有关高等院校师生，研究院研究人员、厂矿企业及地质队工程技术人员在教学、科研和生产工作中参考。
正式出版
收录年代

    深基坑双排微型桩-锚-撑组合支护结构受力与变形特性

    闫楠郝增明白晓宇张立...
    2295-2309页
    查看更多>>摘要：为深入研究深厚杂填土地层深基坑微型桩-锚-撑组合支护结构随基坑开挖的受力与变形演化规律,首先,依托青岛市某深基坑工程开展双排微型桩-锚-撑原位试验,分析开挖工况下前、后排桩的桩身弯矩分布规律;然后,结合ABAQUS有限元模拟方法,明确微型桩、预应力锚索与钢支撑之间的协同作用及基坑变形规律;最后,揭示微型桩桩径变化、支护结构作用对桩身受力及基坑变形的影响机制.研究结果表明:增加开挖深度引起桩身正弯矩和负弯矩不断增大,极值点位置不断下移,桩身弯矩整体呈正"S"形分布;开挖至基底,前排桩的桩身反弯点分别位于钢支撑下方0.5 m和开挖面位置,后排桩的桩身反弯点分别位于钢支撑下方0.5 m和开挖面下方1.0 m范围内;基坑开挖竖向影响范围约为1.35H(H为基坑开挖深度),桩径增加近1倍,土体水平位移仅减少约51%,且随桩径继续增加,其对于限制基坑变形效果不显著;相较于桩锚支护结构,桩-锚-撑支护结构作用下,前、后排桩的最大水平位移分别减小34.9%和27.3%,基坑土体的最大水平位移减小46.0%.

    深基坑微型桩锚索钢支撑原位试验有限元模拟

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    新型钢管混凝土枕式无砟轨道动力响应试验研究

    朱志辉李启航刘晓春郑纬奇...
    2310-2319页
    查看更多>>摘要：采用钢管混凝土构件连接轨枕块形成钢管混凝土轨枕,基于钢管混凝土轨枕设计城市轨道交通用钢管混凝土枕式无砟轨道结构.为掌握钢管混凝土枕式无砟轨道结构在城市轨道交通列车运行条件下的力学性能,验证结构设计的安全性、合理性,分别在减振地段、普通地段铺设钢管混凝土枕式无砟轨道,通过行车试验,测试分析不同列车行驶速度下无砟轨道钢轨、轨枕、道床结构的动力响应.研究结果表明:在列车车速为40、60和80 km/h运行条件下,轮轨垂向力最大值为86.18 kN,横向力最大值为13.99 kN,脱轨系数最大值为0.21,轮重减载率最大值为0.23,测试值均明显小于相应的安全限值,无砟轨道结构满足行车安全性要求;在列车动荷载作用下,钢管混凝土轨枕钢管压应力最大值为3.55 MPa,拉应力最大值为3.77 MPa;轨枕块压应力最大值为1.32 MPa;道床钢筋压应力最大值为2.30 MPa,拉应力最大值为3.54 MPa;道床底压应力最大值0.22 MPa.这些动力响应结果均满足材料的的限值,表明结构保持了良好的力学性能,结构设计合理可行.

    钢管混凝土轨枕双块式无砟轨道列车运行安全性动力响应

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    电池储能系统状态估计综述

    孙玉树龚一莼董亮王晓晨...
    2320-2333页
    查看更多>>摘要：为了提高多场景应用的技术经济性,本文对电池储能系统状态估计进行了综述.首先,分析了电池性能衰减的机理,介绍了目前常用的物理建模和数据建模方法,进而对荷电状态(state of charge,SOC)和健康状态(state of health,SOH)进行了定义与关联性分析,并对电池及其系统的状态估计方法进行了汇总;其次,为了获取更多精确的电池运行数据,重点介绍了能够刻画电池内部演化机理的原位/非原位表征技术,进而分析了嵌入式电池管理系统(battery management system,BMS)实际应用的主流开发路线;第三,提出了基于联邦学习的电池储能系统状态估计方法,基于轻量化模型在本地进行电池储能系统SOC的估计以保证控制实时性,基于大数据驱动策略在云中心进行其SOH估计以保证容量可信度,由此实现云边的交互与协同;最后,对电池储能系统未来可能的发展方向和研究重点进行了预测.研究结果表明:活性锂损失是锂离子电池容量衰退的主要原因,高温、低温、过充放等滥用也会加速电池性能衰减;数据驱动在电池系统级建模与状态评估方面具有较大优势;利用原位/非原位表征技术可以获取更多的电池内部状态数据,基于FPGA的BMS轻量化建模更易实现,基于联邦学习的状态评估方法能够提高电池储能系统的智慧化运维水平.

    电池储能系统性能衰减机理状态估计原位/非原位表征技术轻量化BMS联邦学习

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    基于机器学习的全覆盖气膜冷却性能预测

    刘一帆王春华张卓张靖周...
    2334-2347页
    查看更多>>摘要：以全覆盖气膜冷却结构为研究对象,基于机器学习方法实现了温度场和热应力场的精细化和快速化预测.遴选孔倾斜角、孔复合角以及温比、吹风比为机器学习模型输入,基于拉丁超立方抽样和CFD仿真方法建立机器学习所需的学习样本;针对预测结构划分独立的机器学习网格节点(其网格数量远小于CFD网格数量),并在每个节点上独立建立多层感知器神经网络模型直接预测该节点的温度/热应力;针对模型输入和输出参数之间的数值关联进行分析.研究结果表明:该模型用于预测固体域温度的均方差为41.21 K2,平均绝对百分比误差为0.86%;预测固体域热应力的均方差为38.51 MPa2,平均绝对百分比误差为0.15%.壁温随着复合角、吹风比、温比的增加而降低,随着孔倾斜角的增加而增大;热应力与壁温的变化趋势一致.所提出的数据压缩和预测策略针对每个网格节点独立建模,避免将节点坐标作为模型输入,提高了建模效率.

    航空燃气涡轮气膜冷却机器学习神经网络

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    原位效应影响下复合材料损伤抗性增强研究

    袁可徐晨晨王中钢
    2348-2358页
    查看更多>>摘要：为研究轻量化碳纤维复合材料抗损伤尤其是抗分层能力增强策略,首先对复合材料原位横向拉伸和剪切强度进行参数化分析,指明材料薄层化后能提升材料的原位强度并改善其抗损伤性能.然后,通过短梁弯曲试验分析得到面外载荷作用下基体裂纹扩展是导致层合板内部分层的重要原因,并构建基于经典Hashin准则和考虑原位效应的材料损伤模型,运用该材料模型对短梁弯曲失效行为开展仿真分析.最后,将该损伤模型和材料强化方案推广应用至局部冲击载荷下层合板损伤分析中.研究结果表明:当正交铺层短梁的单层厚度减少到原来的1/4时,其弯曲强度显著提升48%,结构失效位移也显著变大;层间分层被抑制和结构强度提升的原因在于基体中裂纹萌生和扩展被显著推迟.在相同冲击载荷下,薄层化层合板内部分层区域明显减小,表明薄铺层设计方案提升了碳纤维复合材料层合板局部冲击分层抗性.

    碳纤维复合材料原位强度薄铺层分层损伤局部冲击

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    地震激励下列车-轨道-隧道-土体相互作用系统动力分析

    徐磊王炫钧余志武李正...
    2359-2369页
    查看更多>>摘要：为研究地震激励下列车-轨道-隧道-土体相互作用系统的动力学行为,建立三维列车-轨道-隧道-土体耦合时变动力学模型,以不同强度的地震波和轨道不平顺为系统激励源,通过实际地震动记录进行规格化处理纵向、横向和垂向地震动波,分析不同土质条件、地震强度下列车-轨道-隧道-土体系统动力响应特征.研究结果表明:地震作用可显著增大隧道内列车动力响应,在不同土质条件下,横向轮轨力的波动较无地震激励时显著增大,波动幅度平均增加92.23%,而垂向轮轨力的波动幅度平均增加7.14%,车体垂向、横向加速度分别增大89.50%和25.93%;在不同地震强度下,轮轨横向力与轮轨垂向力在地震强度为0.40g时达到最大,分别为46.760 1 kN与94.8637 kN,相较于地震强度0.35g时分别增大182.68%与5.35%,脱轨系数相较于地震强度0.35g时增幅达到168.28%;地震下土体振动呈放大效应,土体弹性模量较外部激励对放大系数的影响十分显著,其中,放大系数在土体弹性模量最大时为4.080 4;隧道的存在会隔断土体振动传播,隧道顶部土体加速度较隧道底部土体加速度降低约86%.

    列车-轨道-隧道-土体相互作用地震作用动力响应放大系数数值仿真

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    不同初始姿态下城际列车车钩碰撞特性及脱轨风险分析

    许平何家兴邢杰姚曙光...
    2370-2381页
    查看更多>>摘要：列车碰撞时车钩缓冲装置经常存在初始姿态偏置,影响列车运动姿态,增加脱轨风险.本文以某城际列车全自动车钩为研究对象,建立车钩非线性有限元模型,并与台车冲击试验进行对比验证,在此基础上建立城际列车头车对撞模型,研究初始位移偏置和角度偏转对车钩的碰撞特性及列车脱轨风险的影响.研究结果表明:随着初始偏置及偏转程度的增加,车钩点头角及摇头角稳定值逐渐增大,且不同初始姿态对车钩转角的影响程度不同,点头角对初始垂向偏置和点头偏转较为敏感,摇头角对初始横向偏置和摇头偏转较为敏感.此外,初始姿态对主动车的轮对抬升有重要影响,当车钩点头角随偏置及偏转增大而明显增大时,车体所受垂向力增加,转向架轮对抬升量变大,列车更易出现脱轨现象.

    列车车钩碰撞特性脱轨风险

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    扣件系统横向刚度及抗倾翻试验研究:以WJ-8型扣件为例

    曾志平张天琦郭无极叶梦旋...
    2382-2392页
    查看更多>>摘要：为了对扣件系统横向刚度及抗倾翻性能进行研究,首先借鉴等间隔弹性点支承梁模型分析钢轨横向力学行为;然后,考虑钢轨自身截面特性,推导扣件系统横向刚度及抗倾翻系数计算公式;最后,设计并进行1组及3组WJ-8型扣件横向加载试验,验证分析及推导的合理性.试验结果表明:当钢轨整体扭转中心为轨底中心点时,钢轨自身扭转不可忽略,钢轨横向力及扭矩的传递过程都是非线性过程;1组及3组扣件试验得到的位移相对误差不超过6.8%,转角相对误差不超过9.5%;3组扣件试验允许加载范围更大,且更适用于非对称式扣件;WJ-8型扣件钢轨横移过程可按扣件横向反力的组成划分为钢轨滑移、线性变形和非线性变形3个阶段,钢轨倾翻过程可按钢轨轨底与轨下垫板接触形式划分为钢轨脱离和整体倾翻2个阶段.扣件横向刚度及抗倾翻系数可通过横向力-位移曲线、扭矩-转角曲线确定.

    扣件系统横向刚度抗倾翻性能WJ-8型扣件横向加载试验

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    基于激光雷达的隧道轮廓三维点云重构与形变检测研究

    王耀东苏广思方恩权周伟...
    2393-2403页
    查看更多>>摘要：为实现地铁隧道轮廓全面、高效、精准的数字化检测,提出一种基于三维点云的隧道形变检测方法.该方法通过相对定位算法将激光雷达获取的多周期隧道轮廓点云数据进行数据融合,利用地铁隧道建模算法对融合数据进行处理建立标准隧道轮廓模型,根据测量值与模型输出值对比结果完成形变检测.相对定位算法利用转速传感器与激光位移传感器获取的公里标与轨道特征数据实现对地铁隧道轮廓特征数据粗、细校准定位,以解决转速传感器定位误差较大导致的相同位置不同检测周期激光点云数据无法对齐融合的问题.地铁隧道建模算法基于径向基神经网络(RBFNN)对融合后点云数据进行多重训练并不断剔除大误差数据建立隧道普通内壁模型,结合聚类算法对被剔除数据训练建立隧道管线区域模型.研究结果表明:相对定位算法可实现多周期数据融合,相对定位误差小于10 cm;隧道建模算法利用点云数据可建立标准隧道模型实现隧道形变分析,形变分析误差小于10 mm,达到预期效果.

    地铁隧道定位算法RBF神经网络隧道模型形变分析

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    齿轨铁路桥上板式无砟轨道纵向力学特性研究

    孔超辛涛刘宗峰王森...
    2404-2413页
    查看更多>>摘要：为研究齿轨铁路桥上铺设CRTS Ⅲ型板式无砟轨道的纵向力学特性,基于有限元理论和混凝土塑性损伤理论,建立齿轨-无砟轨道-桥梁精细化分析模型,分析不同坡度下轨道结构应力变化和变形规律.研究结果表明:上坡侧的轨道板端位置为荷载最不利位置.可在小于150‰坡度的齿轨铁路上直接应用CRTS Ⅲ型板式无砟轨道,坡度大于150‰时轨道板产生局部损伤;整体温度变化量为15～25℃时轨道板损伤较大.轨道纵向位移增长率随坡度增加逐渐减小,底座板位移增长率最大,150‰坡度时轨道最大位移为1.6 mm左右;底座板凹槽最大压缩量为0.52 mm,为增强凹槽限位能力,可调整凹槽上、下坡侧的垫层刚度.轨道与桥面层间约束不足,为相对不稳定层面,应采取增大桥面板凿毛程度、调整预埋钢筋规格等纵向稳定措施.

    齿轨铁路无砟轨道线路坡度纵向受力纵向位移层间变形

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