交通运输工程学报

波音747型飞机跑道滑行力学响应

王兴涛, 陈建峰, 叶观宝, 阳栋, 薛剑峰 — 2016-04-20

王兴涛, 陈建峰, 叶观宝, 阳栋, 薛剑峰根据丹佛国际机场跑道大量实测的道面应变与弯沉,分析了波音747型飞机滑行时道面不同位置弯沉和应变的主要特征,研究了不同接缝传力特性、不同位置的残留变形与应变率。分析结果表明:板边与板中有2个应变峰值,对应于轮轴个数; 板横缝方向(与飞机滑行方向垂直)不存在反向应变,而纵缝方向(与飞机滑行方向平行)存在2次拉压应变,纵缝板边底部轮轴间的应变峰值回复量显著,易发生开裂和疲劳破坏,其底部应变峰值和应变峰值回复量分别是板边顶部的1.2倍和2.5倍; 飞机滑行时接缝处的应变率最大,最大拉伸和压缩应变率分别为9.1×10^-4 s^-1和7.6×10^-4 s^-1,在混凝土板中引起的应变率属于准静态应变率,忽略其对混凝土板变形的影响; 板中弯沉为单峰值曲线,而板角与横缝板边弯沉为双峰值曲线; 在同一板中,板角处的相对残留变形最大,板中处最小,板角处的相对残留变形率是板中处的2.60～4.59倍,相比于其他位置,板角更容易与基层发生脱空; 铰缝传力系数接近1,假缝与铰缝相比传力效率较低,其传力特性具有明显的方向性,而铰缝传力没有明显的方向性。交通运输工程学报. 2016 16(2): 1-9.

早强型含水不饱和聚氨酯混凝土力学性能

江凯, 苏谦, 冯旭 — 2016-04-20

江凯, 苏谦, 冯旭为解决普通聚氨酯混凝土和易性差、固化快与成型控制困难等问题,针对常见聚合物混凝土对骨料的高标准要求,提出了一种新型含水不饱和聚氨酯混凝土。应用配比试验、强度试验、掺水量试验、浸泡试验和现场取样试验,研究了含水不饱和聚氨酯混凝土的力学性能,分析了材料性质、材料配比、温度与掺水量等因素对其力学性能的影响。分析结果表明:当温度为10 ℃～20 ℃时,可加不饱和聚氨酯用量15%～20%的水,温度大于20 ℃时,可加不饱和聚氨酯用量20%～30%的水,现场工程应用和浸泡试验证明,这种含水不饱和聚氨酯混凝土1 d抗压强度为22.70 MPa,长期浸泡后未发现软化与崩解现象,因此,含水不饱和聚氨酯混凝土性能稳定,和易性好,成型控制容易,能够满足工程需要; 在15 ℃温度条件下,推荐的基本配比为水泥、沙子、石子、ZK3、水、不饱和聚氨酯、引发剂与促进剂的质量比为1.000:5.700:7.300:1.300:0.080:2.000:0.050:0.025。交通运输工程学报. 2016 16(2): 10-17.

承台大体积混凝土里表温差梯度与温差应力有限元模拟

孙增智, 田俊壮, 石强, 刘伟, 陈华鑫, 徐勤武, 张奔 — 2016-04-20

孙增智, 田俊壮, 石强, 刘伟, 陈华鑫, 徐勤武, 张奔针对大体积混凝土因水化热引起的早期开裂问题,以内蒙古老山沟公路大桥承台为依托,建立了大体积混凝土三维有限元模型,分析了粉煤灰掺量、浇筑温度、环境温度与养护措施对承台中心温度、里表温差与表面拉应力的影响。模拟结果表明:混凝土表面拉应力随粉煤灰掺量增大而减小,当掺量超过30% 时,降幅增大,中心温度、里表温差和表面拉应力均随其掺量增大而减小,可见掺加粉煤灰可有效降低混凝土水化热,防止表面温差裂缝的产生; 当浇筑温度从5 ℃到30 ℃变化时,中心最高温度从40.3 ℃升至58.1 ℃,里表最大温差从8.6 ℃升至19.0 ℃,表面最大拉应力从0.93 MPa升至1.66 MPa,且随浇筑温度的增大,中心最高温度和里表最大温差产生的时间有所提前,表面拉应力呈线性增大趋势; 里表温差和表面拉应力都随环境温度增大而减小,且表面拉应力与环境温度基本呈线性关系; 养护条件越好,里表温差越小,表面拉应力明显降低,且前期表面拉应力增速减慢,峰值出现时间推迟,有利于裂缝控制。交通运输工程学报. 2016 16(2): 18-26，36.

水流作用下的沉管平移控制模型与优化方法

李军军, 杨小军, 李芸, 肖英杰 — 2016-04-20

李军军, 杨小军, 李芸, 肖英杰针对水流作用下的沉管平移控制问题,在数学描述的基础上对拖轮合力、合力矩进行了分析,统一了四象限拖轮力矩的计算公式,构建了考虑作业拖轮数量、拖力裕量、浮运速度的沉管平移控制优化模型,提出了基于加权对数理想点法的粒子群优化方法,运用克拉默法则进行拖力大小和角度的约束处理,通过港珠澳大桥岛隧工程沉管隧道管节浮运控制算例进行仿真。仿真结果表明:拖轮总数量为6艘时,涨潮流情况下所得浮运速度为4.770 kn,适应度为0.720,作业拖轮数量为3艘,拖力裕量乘积为2.693×10²⁰ kN⁶; 落潮流情况下所得浮运速度为1.750 kn,适应度为3.042,作业拖轮数量为5艘,拖力裕量乘积为3.352×10¹⁹ kN⁶。可见,本文提出的模型和方法具有较强的适用性,适应度较优,作业拖轮数量较小,拖力裕量与浮运速度较大。交通运输工程学报. 2016 16(2): 27-36.

高速铁路轨道几何不平顺改进模糊消刺方法

刘金朝, 黎国清, 孙善超, 赵钢, 郭剑峰 — 2016-04-20

刘金朝, 黎国清, 孙善超, 赵钢, 郭剑峰根据高速铁路轨道几何不平顺毛刺异常值突然变化的特性,设计了改进模糊消刺方法,将差分突然增大或变小的点定义为毛刺异常值的起点,将与起点相近的差分反向突然变化的点定义为毛刺异常值的终点,选取包含毛刺异常值的最小区间的两个端点为插值点,用其近似线性插值代替原来的毛刺异常值。按照单位分解原理构造隶属度函数,并通过增加预判断,避免数据点正常时计算向前差分、规则激发度量函数和模糊基函数。计算结果表明:改进方法的计算精度与原模糊滤波方法相同,但当计算长度大于500 km时,计算时间小于原来的1/300,它更适合在线实现; 利用改进方法对包含毛刺异常值的模拟轨道几何不平顺信号进行消刺处理,滤波后的信号与解析信号的误差小于10^-3; 利用改进方法不但能准确识别毛刺异常值的位置并自动修复,而且能完整保留道岔处大轨距和大轨向等有用信息。交通运输工程学报. 2016 16(2): 37-45.

剥离掉块对轮轨滑动接触热弹塑性的影响

刘洋, 蒋硕, 吴亚平, 段志东, 王良璧 — 2016-04-20

刘洋, 蒋硕, 吴亚平, 段志东, 王良璧利用有限元软件ANSYS建立了钢轨轨面剥离掉块伤损条件下的轮轨滑动接触有限元模型,考虑了轮轨材料的非线性影响,计算了车轮经过剥离掉块凹坑时的轮轨接触冲击行为,并采用瞬态分析方法研究了不同剥离掉块伤损长度、深度、摩擦因数与轮轨间相对滑动速度对钢轨剥离掉块伤损区域热弹塑性的影响。分析结果表明:在剥离掉块伤损区域长度为2 cm、深度为4 mm时,钢轨等效塑性应变最大,且伤损区域后侧的值为前侧的3～4倍; 在剥离掉块伤损区域长度为2 cm、深度为6 mm时,塑性变形最大,且伤损区域后侧的值约为前侧的2倍; 轮轨接触应力随摩擦因数的增大而减小,钢轨的摩擦温升、等效塑性应变、塑性变形、等效应力与纵向剪切应力均随随摩擦因数的增大而增大,当摩擦因数大于0.3时,等效应力和纵向剪切应力的增长速率变缓; 当相对滑动速度等于3 m・s^-1或大于等于6 m・s^-1时,钢轨的受力、变形和温升最不利。交通运输工程学报. 2016 16(2): 46-55.

碳滑板/接触线摩擦磨损性能

胡艳, 董丙杰, 黄海, 陈光雄, 吴广宁, 高国强 — 2016-04-20

胡艳, 董丙杰, 黄海, 陈光雄, 吴广宁, 高国强在环-块式试验机上进行纯碳滑板/铜银合金接触线载流摩擦磨损试验,通过改变转盘转速模拟高速列车弓网系统中碳滑板与接触线在电流为250 A,相对滑动速度为160～350 km・h^-1时,不同相对滑动速度对弓网间的摩擦因数、载流效率、接触压力稳定性系数、电弧放电能量、碳滑板磨损率、碳滑板温升等参数的影响,分析了6个参数与相对滑动速度之间的相关性与不同工况下受电弓滑板的磨损形貌。分析结果表明:弓网间的摩擦因数、载流效率、接触压力稳定性系数随相对滑动速度的增大而降低,电弧放电能量、碳滑板磨损率和碳滑板温升随相对滑动速度的增大而增大; 6个参数与相对滑动速度都呈强相关性,其中接触压力稳定性系数、电弧放电能量、磨损率和碳滑板温升与相对滑动速度正相关,Pearson系数分别为0.991、0.996、0.952、0.991,载流效率、摩擦因数与相对滑动速度速度负相关,Pearson系数分别为-0.990、-0.986; 随着相对滑动速度的增大,碳滑板的磨损愈发严重,相对滑动速度超过250 km・h^-1后,碳滑板表面的裂纹显著增多且深度也明显增大; 磨损前后碳滑板的能谱分析表明,碳滑板与接触线间材料的转移是双向的。交通运输工程学报. 2016 16(2): 56-63.

基于球面方向余弦族投影的车辆结构疲劳参量求解方法

杨冰, 廖贞, 马佰全, 肖守讷, 阳光武, 朱涛 — 2016-04-20

杨冰, 廖贞, 马佰全, 肖守讷, 阳光武, 朱涛传统投影法事先假定最大主应力为最大拉伸应力,且投影过程未考虑主应力拉压特征,为改进上述不足,提出了一种基于球面方向余弦族投影的车辆结构疲劳参量求解方法。构建了结构节点的方向余弦,搜索多工况下最大拉伸应力的方向。在疲劳最大应力和最小应力的求解过程中,始终保留主应力方向,确保其在投影后仍具备原有的拉压特性。以车辆三轴转向架焊接构架和轴箱体为例,分别采用传统投影法和提出的求解方法分析其疲劳强度。分析结果表明:对于焊接构架,提出的方法确定的节点254570最大拉伸应力较传统投影法高19.4%,2种方法得到的最小应力在27.8%的节点存在较大差异,一些节点最小应力甚至与提出方法的结果正负相悖; 比较经修正的等效应力幅值,传统投影法在12%的节点上的计算结果较提出方法的结果低至少1 MPa,个别节点的等效应力甚至低34.73%,依此进行疲劳强度评定可能导致结论偏于危险; 对于轴箱体,传统投影法得到的对称循环应力幅值可能偏离实际,某些节点的值甚至较提出的方法低45.32%或高51.23%,导致疲劳分析偏于危险或过于保守。可见,提出的方法确定了最大拉应力所在方向,考虑了主应力拉压特性,比传统投影法更为合理,用于疲劳分析更加可信。交通运输工程学报. 2016 16(2): 64-71,81.

齿轮箱滑油系统静电监测

李鑫, 左洪福, 蔡景 — 2016-04-20

李鑫, 左洪福, 蔡景利用某新型3 499.5 kW齿轮箱试验台搭建了用于齿轮箱地面试车磨损状态监控的滑油静电监测系统,完成了齿轮箱滑油系统全流量磨粒静电监测试验,通过连续加载试验和加速寿命试验采集了原始静电信号,提取时域信号的均方根值作为特征参数,表征滑油中颗粒荷电情况,在2个试验阶段分别分析了静电信号的变化趋势,并与MetalSCAN在线监测数据和油样光谱离线分析结果进行对比验证。分析结果表明:在连续加载试验阶段,滑油静电信号随着转速变化细微波动; 加速寿命试验阶段,齿轮箱单个循环试验的静电信号均与扭矩同步变化; 在加速寿命试验第8次循环的极限载荷试验阶段监测到2号齿轮箱异常磨损,而1号齿轮箱正常运行,与MetalSCAN和光谱分析结果相符; 齿轮箱拆机故障检测发现了2号齿轮箱联轴器膜片疲劳裂纹和高速输出轴齿轮齿根点蚀现象。这证明了静电监测方法用于齿轮箱磨损状态监测的可行性和有效性,为进一步实现齿轮箱寿命预测和实际风场装机在线监测奠定了基础。交通运输工程学报. 2016 16(2): 72-81.

基于井群原理的起重船压载水系统仿真

董智惠, 韩端锋, 林晓杰, 袁利毫, 昝英飞 — 2016-04-20

董智惠, 韩端锋, 林晓杰, 袁利毫, 昝英飞建立了起重船压载水系统的虚拟井群系统和管网结构模型,分析了节点水头和流量的计算方法,研究了管路压降损失的计算方程,考虑了阀门开度和泵节点等特殊节点。建立了管网系统的流量-水头矩阵方程,采用矩阵分割和迭代方法求解节点的水头。为了提高矩阵方程计算效率,得到了实际流通路径的预流通方案。以某起重船压载水系统为原型,建立了仿真系统,实现了人机交互操作控制管网,并实时监控系统工作状态。设置舱室阀门开度分别为1.0、0.5的工况,进行了压载泵输出流量为3 500 m³・h^-1,输入到8P、8S、6P、6S、4P、4S六个压载水舱的仿真试验。仿真结果表明:阀门开度均为1.0时,各压载水舱流量分别为603.73、603.73、605.88、605.88、540.39、540.39 m³・h^-1,流量和管路长度成反比,将8P、8S舱室阀门开度调整为0.5,6个舱室流量分别为484.87、484.87、670.19、670.19、594.94、594.94 m³・h^-1,因此,流量对阀门开度较敏感,并且阀门开度对相邻节点的流量影响较大,这与实际压载水系统具有较高的吻合度; 求解算法收敛速度快,经过5次循环后,流量计算值趋于稳定解。交通运输工程学报. 2016 16(2): 82-89.

典型舱室火灾智能识别的贝叶斯网络模型

谢田华, 林焰, 杨祖耀, 金良安 — 2016-04-20

谢田华, 林焰, 杨祖耀, 金良安基于先进传感器,建立了火灾大小和类型智能识别的贝叶斯网络模型,上层温度、下层温度、CO浓度、CO₂浓度、O₂浓度和遮光度等6个火灾特征参数为识别模型的输入变量,火灾大小和类型为输出变量,并推导了输入变量与输出变量之间的关系。分别在住舱、指挥室、机舱和机库等4种典型舱室模拟了床垫火、电缆火、油池火和喷射火等4种火源,利用CFAST软件得到了2 880组模拟样本数据,对模型参数进行了训练,并根据全尺度火灾试验数据对训练后的识别模型进行了验证。验证结果表明:在火灾传感器数据完整时,对小火、中火和大火状态的平均识别正确率分别为88.0%、95.0%、85.7%,对固体火和油料火的平均识别正确率分别为90.2%、81.5%; 在火灾损害严重或武器打击致使单个传感器失效的情况下,对火灾大小和类型的平均识别正确率分别为82.4%、82.7%,比火灾传感器数据完整时分别降低8.1%、2.8%。可见,识别模型具有良好的识别能力和鲁棒性,可应用于舰船损管监控系统,为指挥员选择最有效的灭火方法和战术提供实时的决策支持。交通运输工程学报. 2016 16(2): 90-99.

终端区空域结构调整对进场交通流的影响

张洪海, 廖志华, 张启钱, 张翔宇 — 2016-04-20

张洪海, 廖志华, 张启钱, 张翔宇根据终端区空域运行规则,采用网络理论建立了终端区空域网络模型,基于终端区航空器微观行为建立了空中交通流跟驰模型和等待模型,基于NetLogo仿真平台进行了仿真试验,分析了不同入度分布的空域结构对交通流的影响。仿真结果表明:当密度小于等于0.075 架次・km^-1,速度大于等于0.04 km・s^-1时,交通流处于自由相; 当密度为0.075～0.200 架次・km^-1且速度大于等于0.04 km・s^-1时,交通流处于畅行相; 当密度大于0.200 架次・km^-1,小于最大密度时,交通流处于拥塞相; 随着航班波作用的减弱,交通流进入反向畅行相,之后进入反向自由相; 当进场交通流分布一定,入度值依次为2、3、1时,交通流速度小,密度大,拥塞消散最慢,入度值依次为3、2、1时,交通流速度大,密度小,拥塞消散最快。可知,增大空域网络上游关键节点的入度,使进场交通流提前完成汇聚,有利于交通流快速运行,增大交通流量; 减小空域网络下游关键节点的入度,有利于交通流在达到拥塞相后快速完成消散。交通运输工程学报. 2016 16(2): 100-108.

终端区进离场资源分配优化模型

万莉莉, 胡明华, 田勇, 张思 — 2016-04-20

万莉莉, 胡明华, 田勇, 张思为提高终端区运行效率和减小航班延误,考虑了空域容量和安全间隔等约束,以最小化航班总燃油消耗、均衡进场点等待时间和最小化航班总延误为优化目标,建立了终端区空域进离场资源分配优化模型,设计了带精英策略的非支配排序遗传算法,使用上海终端区实际运行数据进行实例验证。计算结果表明:当SASAN进场节点容量下降时,与先到先服务策略相比,进场点分配策略下总燃油消耗由462 282.7 kg降为337 752.9 kg,减少了26.9%,HC、CO、NO_x排放量分别由492.6、3 815.7、16 570.6 kg降为429.2、3 352.1、14 129.1 kg,进场点总等待时间减少了93.5%,所有航班平均延误降为104 s,94.6%的航班的延误在600 s以内,因此,优化模型能有效解决终端区交通需求不均衡或节点容量下降导致的延误,提高终端区运行效率。交通运输工程学报. 2016 16(2): 109-117.

基于粒子群算法的城轨列车节能驾驶优化模型

黄友能, 宫少丰, 曹源, 陈磊 — 2016-04-20

黄友能, 宫少丰, 曹源, 陈磊为了降低城市轨道交通中列车在站间运行的能耗,研究了列车的站间节能驾驶策略,在考虑线路限速和坡度的情况下,建立了时间约束下的列车节能优化模型,采用粒子群算法优化目标速度序列得出了列车节能驾驶策略。节能驾驶优化方法通过2个阶段来实现,第1阶段在站间运行时间不变的情况下,采用粒子群算法优化了列车在站间的节能驾驶策略,得到了运行时间和能耗的关系,第2阶段在多站间总运行时间不变的前提下,将运行时间进行重新分配,得到了列车在全线运行的节能驾驶策略。以北京地铁亦庄线实际线路数据和车辆参数为基础,对优化方法进行仿真验证。仿真结果表明:经过第1阶段的优化,列车在万源街-荣京东街的单站间运行能耗降低了6.15%,经过第2阶段的优化,列车在多站间总运行能耗降低了14.77%。可见,优化模型可以有效降低列车的运行能耗,为列车时刻表的编制提供依据。交通运输工程学报. 2016 16(2): 118-124,142.

航空运输物资空投过程动力学模型

孙秀霞, 徐光智, 刘日, 董文瀚, 戚鹏春 — 2016-04-20

孙秀霞, 徐光智, 刘日, 董文瀚, 戚鹏春针对当前航空物资空投过程的运输机动力学建模条件过于简化、严重脱离空投过程实际的现状,研究了现有空投过程动力学模型的适用性,确立了分离体建模的方法。在无需分析货物与飞机整体的质心变化的情况下,分别以空投物资与飞机为对象进行受力分析,简化了建模过程且有利于定性分析货物对飞机的作用过程。为验证动力学模型的合理性,使用某型运输机数据进行了仿真试验。为验证空投过程中气动参数小扰动线性化的不合理性,通过3种模式对气动参数进行处理,对比分析了迎角响应曲线。对不同支持力、牵引力作用点、导轨模型、牵引力夹角模型、货物装载位置等条件下的空投过程运动学模型进行了量化分析,并与现有模型进行对比。仿真结果表明:气动参数小扰动线性化、视货物为运动规律已知的质点以及忽略舱内地板角等苛刻假设条件将导致较大的模型误差; 在进行大牵引比、大质量货物空投时,应综合考虑牵引力数值与方向对空投动态响应的影响,并尽量将货物安装在飞机舱门附近,以缩短货物在舱内的运动时间,降低干扰力矩幅值。交通运输工程学报. 2016 16(2): 125-131.

公交专用道选址与公交线网组合优化模型

卢小林, 俞洁, 邹难 — 2016-04-20

卢小林, 俞洁, 邹难提出了基于公交走廊的专用道选址和公交线网同步调整的组合优化设计思路,并构建了双层优化模型,上层模型以最小化用户出行成本、公交运营成本和最大化线路运营效率为目标,寻找最优的专用道选址与公交线网优化组合优化方案,下层模型以最小广义出行成本为目标,进行小汽车和公交车的客流分配。利用遗传算法对模型进行求解,通过算例对模型的有效性和实用性进行验证,并对模型的关键参数进行灵敏性分析。分析结果表明:优化后线路覆盖站点率为100%,覆盖63个路段,路段覆盖率为76%; 路网总出行成本为525 147元,比现有总出行成本655 282元降低了20%; 公交线网效率目标值为234人次・h^-1,比现有公交线网效率179人次・h^-1提高了31%。可见,基于公交走廊的专用道选址与公交线网组合优化方案明显优于单一优化公交专用道选址与单一调整公交线网方案,能够更好发挥公交走廊的网络效益。交通运输工程学报. 2016 16(2): 132-142.

基于驾驶人路径选择偏好的OD行程时间预测方法

孙健, 张颖, 张纯 — 2016-04-20

孙健, 张颖, 张纯以广东省深圳市3 000余辆浮动车近300万组数据为基础,以地理信息系统技术为主要工具,以最具代表性的深圳市福田区与罗湖区为研究区域,确定了不同起讫(OD)点扩展半径。以浮动车唯一编号进行地图匹配,根据确定的研究区域与扩展半径,获取了浮动车OD路径与行程时间。确定了驾驶人在进行路径选择时的时间与空间偏好,建立了基于路径选择偏好的OD行程时间预测方法。以平均绝对百分比误差、均方根相对误差与最大相对误差为指标,对基于最短路径、最快路径与偏好路径的3种行程时间预测方法进行比较。比较结果表明:与基于最短路径的预测方法相比,采用提出方法的平均绝对百分比误差、均方根相对误差与最大相对误差分别降低了66.51%、61.24%、61.47%; 与基于最快路径的预测方法相比,采用提出方法的平均绝对百分比误差、均方根相对误差与最大相对误差分别降低了63.64%、59.70%、58.99%,因此,采用基于驾驶人路径选择偏好的OD行程时间预测方法可以显著提高OD行程时间的预测精度。交通运输工程学报. 2016 16(2): 143-149.

自动跟踪动态临界占有率的匝道协调控制方法

徐堃, 柴干, 李清泉, 郭建华, 李晓达 — 2016-04-20

徐堃, 柴干, 李清泉, 郭建华, 李晓达为了解决高速公路主线合流区交通拥挤与入口匝道排队溢出问题,提出了一种入口匝道协调控制方法,依据主线合流区交通状态和入口匝道排队长度设计需要协调控制的匝道个数,以扩大协调匝道组的空间容量,增大截留进入主线交通拥挤区域车辆的能力; 应用实时检测的主线合流区通过量和占有率估计主线动态临界占有率,采用入口匝道调节率自动跟踪主线合流区动态临界占有率的变化,以提高主线通过量; 采用匝道相对排队长度设计启发式规则,以提高入口匝道协调控制能力,防止排队溢出; 以沪宁高速公路G42为仿真背景,应用VISSIM仿真软件,从路网性能、主线合流区交通状态和匝道排队长度三方面对提出方法的控制效果进行评价。计算结果表明:相比于无控制算法,采用控制方法的总行程时间减少约8.44%,路网平均延误减少约62.97%; 采用ALINEA算法的总行程时间减少约2.85%,路网平均延误减少约21.20%; 采用Linked-control算法的总行程时间减少约6.00%,路网平均延误减少约56.17%; 采用控制方法的主线合流区的交通通过量在交通状态突变时增加了540 veh・h^-1,且各个匝道之间排队长度更加均衡。可见,提出方法控制效果优良。交通运输工程学报. 2016 16(2): 150-158.