交通运输工程学报

疲劳荷载和冻融循环耦合作用下路面混凝土微裂缝扩展行为

郭寅川, 申爱琴, 何天钦, 周胜波 — 2016-10-20

郭寅川, 申爱琴, 何天钦, 周胜波为了定量表征与分析在疲劳荷载和冻融循环耦合作用下路面混凝土内部裂缝的演化规律,采用SEM与形态学图像分割法对不同疲劳荷载和冻融循环耦合阶段的混凝土微裂缝进行提取,采用Image-Pro Plus对微裂缝进行量化,采用灰色关联法研究了裂缝特征参数与耦合作用后路面混凝土弯拉强度损失的相关性。分析结果表明:路面混凝土内部存在平均宽度为13 μm、最大长度为144 μm的原始微裂缝,耦合作用下裂缝的演化沿长度方向为延伸和断裂交替变化,沿宽度方向为扩张和收缩交替变化,混凝土破坏时裂缝最大长度达到352.64 μm,裂缝平均宽度达到15.4 μm; 当冻融循环150次时,裂缝面积密度显著增大,与原始微裂缝相比,混凝土破坏时裂缝面积密度增大了6.7倍; 耦合作用下路面混凝土裂缝分形维数、平均宽度、最大长度与弯拉强度的相关性较高,灰色关联度分别为0.957、0.954、0.871; 通过回归分析建立了路面混凝土弯拉强度损失与裂缝结构参数之间的方程,弯拉强度损失与裂缝分形维数、平均宽度、最大长度之间存在较好的线性相关性,相关系数达到0.97。交通运输工程学报. 2016 16(5): 1-9.

机场转弯滑行道增补面设计新方法

谈至明, 姚尧, 陈景亮 — 2016-10-20

谈至明, 姚尧, 陈景亮为了简化机场滑行区弯道增补面设计方法,依据飞机滑行时起落架轮胎的转弯轮迹,建立相应的微分方程,并将飞机滑行轨迹分为鼻轮在圆曲线上行驶和鼻轮驶入直线2段进行求解,得到了增补面内缘线的解析解; 引入相对纵距、位置系数和表征转弯道面增补面加宽量的增补宽度系数,分析了转弯道面增补面特征,基于不同弯道转角与相对纵距下增补宽度系数的相似性,给出了圆曲线上增补宽度系数的回归方程与直线段开始时飞机纵轴与驶出直线初始夹角的修正式; 结合圆曲线上增补面内缘线的微分方程解提出了机场转弯滑行道增补面设计新方法,并与ICAO方法进行了对比。计算结果表明:当弯道转角为135°,半径为45 m,飞机最大轴距为25 m,主起落架宽度为13 m时,采用新方法计算的最大增补面加宽量为7.52 m,采用ICAO方法计算的最大增补面加宽量为7.53 m,两者差别小于0.2%; 采用新方法只需确定弯道的分界点,便可计算出弯道增补面内缘线任一点的坐标,但是采用ICAO方法必须求出整个增补面内缘线后才能确定某一增补面内缘点的坐标,因此,新方法不仅计算结果满足精度和安全性要求,而且计算过程简单,使用方便。交通运输工程学报. 2016 16(5): 10-16.

斜拉桥桥塔节段力学性能

陈康明, 吴庆雄, 黄汉辉 — 2016-10-20

陈康明, 吴庆雄, 黄汉辉基于宁波市外滩大桥桥塔节段,采用预应力钢绞线自平衡加载方式进行1:3.34桥塔节段缩尺模型荷载试验,采用非线性有限元方法,研究了考虑初始缺陷和局部屈曲的桥塔节段的传力路径、受力特性、实际承载能力和局部失稳机理。研究结果表明:外荷载主要由主塔两外箱各板件承担,从靠近截面突变处开始,外箱和内箱各板的应力分别呈现递增和递减的趋势,内箱承受的外荷载逐渐向外箱传递,各板应力最大值均出现在截面形状突变处; 根据截面平均应力与测点应力的关系可将桥塔节段测点分成轴压、向钢箱内、外侧压弯三类; 试验得到桥塔节段的强度折减系数大于0.90,且采用有限元分析得到节段模型的极限荷载是理论极限荷载的1.06倍; 虽然纵向加劲肋和横隔板结构能有效防止桥塔结构中加劲板件的局部屈曲,但因截面突变处容易造成应力集中,是最易发生局部屈曲破坏的位置,因此,应注意截面突变处外箱顶底板与内腹板交接附近的纵向加劲肋的设计与施工; 在极限荷载作用下,外箱各板件在截面突变处会因局部屈曲而导致无法继续承载。交通运输工程学报. 2016 16(5): 17-29.

考虑热力耦合的轨道车辆车轮建模与仿真

文永蓬, 徐小峻, 尚慧琳, 李琼 — 2016-10-20

文永蓬, 徐小峻, 尚慧琳, 李琼以城市轨道车辆车轮为研究对象,建立了S型辐板轨道车辆车轮模型,利用有限元方法研究了不同磨耗情况下车轮结构应力和热应力的变化特点,分析了结构场和温度场的耦合作用对车轮应力特性的影响,获得了热力耦合作用下的车轮结构应力和热应力的耦合规律。仿真结果表明:随着车轮踏面的磨耗,其结构应力、热应力与耦合应力均呈非线性变化,在车轮直径为800～840 mm的磨损区间,耦合应力较稳定,当磨损到直径小于800 mm之后,其耦合应力增长较快,特别是磨耗到770 mm时,耦合应力骤升,磨耗到限时耦合应力达到179.5 MPa; 车轮的耦合应力是复杂的三维空间力系的叠加,在耦合应力分布上,车轮辐板处耦合应力最大点位置发生漂移现象,制动结束时的车轮辐板处耦合应力最大,大于结构应力最大值与热应力最大值,因此,耦合应力在车轮应力中占主导作用,在车轮的结构设计时,建议考虑结构应力和热应力的耦合作用,把耦合应力作为车轮疲劳强度的评价指标。交通运输工程学报. 2016 16(5): 30-41.

高速列车牵引变压器振动响应容限有限元分析

于金朋, 宋青鹏, 张明远, 张继旺, 刘小霞, 张立民 — 2016-10-20

于金朋, 宋青鹏, 张明远, 张继旺, 刘小霞, 张立民为保证高速列车车下设备结构的安全性,基于振动响应容限仿真计算方法和米塞斯应力屈服准则,运用有限元仿真模型对线性和非线性悬挂刚度下高速列车牵引变压器的振动响应容限进行研究。对牵引变压器沿纵向、横向、垂向同时加载,得到响应应力最大的危险节点。对牵引变压器分别沿纵向、横向、垂向进行加载,得到危险节点的6个应力分量和不同方向振幅的关系,并基于叠加原理,得到纵向、横向、垂向同时加载下危险节点应力分量和不同方向振幅的关系。基于求得的米塞斯应力函数与米塞斯应力屈服准则,得到振动响应容限。分析结果表明:基于叠加原理,可以运用MATLAB替代ANSYS对线性悬挂刚度下的振动响应容限进行仿真计算; 线性与非线性悬挂刚度下的振动响应容限曲面间存在一条垂向位移等值曲线,当横向位移与纵向位移组成的坐标点位于垂向位移等值曲线在平面内的投影线以下时,线性悬挂刚度下垂向位移的振动响应容限比相应非线性悬挂刚度下的振动响应容限大,当横向位移与纵向位移组成的坐标点位于垂向位移等值曲线在平面内的投影线以上时,线性悬挂刚度下垂向位移的振动响应容限比相应非线性悬挂刚度下的振动响应容限小。交通运输工程学报. 2016 16(5): 42-48.

重载货车车轮磨耗与动力学性能演变

李亨利, 李芾, 王新锐, 杨继震 — 2016-10-20

李亨利, 李芾, 王新锐, 杨继震基于多体动力学软件SIMPACK建立了考虑车轮磨耗过程的车辆动力学模型,编制了自动实现轮轨迭代计算程序,并将车辆动力学模型、轮轨接触模型、轮轨磨耗模型、轮轨外形更新及运行工况统一组织在动力学软件中。采用内嵌SIMPACK软件的子程序进行动力学计算和磨耗过程的工况和数据组织,采用FASTSim算法进行车辆动力学计算,采用Contact算法进行磨耗计算,并构成在线自动磨耗计算循环,无需外部程序的协同仿真和数据交互。基于C80B型敞车在大秦线的运行环境,研究了车轮磨耗和车辆动力学性能在车辆运用过程中的演变。研究结果表明:车轮踏面磨耗深度和车轮全断面磨耗面积均与运行里程呈近似线性关系,每1.0×10⁵ km的车轮磨耗深度和磨耗面积分别约为1.68 mm和100.63 mm²; 随着车辆运行里程的增加,车轮磨耗与车辆动力学性能也随之恶化,车辆运行2.5×10⁵ km后,车辆横向运行平稳性从新车工况下的优级下降为良级,脱轨系数、轮重减载率与曲线通过轮轴横向力等车辆运行安全性指标均较新车状态增大50%以上。交通运输工程学报. 2016 16(5): 49-56.

薄壁结构棱边强化效果

郑玉卿, 朱西产, 胡强, 刘觐 — 2016-10-20

郑玉卿, 朱西产, 胡强, 刘觐基于方管理想化折叠单元模型、塑性挤压过程能量耗散分解法与棱边强化薄壁方管在轴向静态压溃作用下的能量平衡修正方程,分别导出了棱边强化薄壁方管的平均压溃力、吸能预测与棱边强化效果的理论表达式。建立了系列棱边强化薄壁方管准静态轴向压溃有限元模型,导入LS-DYNA程序进行弹塑性动力学仿真,获得了平均压溃力,分析了棱边应力强化的敏感性。将棱边强化技术应用于某车前保横梁和吸能盒相应棱边强度设计中,采用超高应力强化棱边和普通延性钢板组合去置换较高强度钢薄壁结构,在冲击试验验证过的有限元模型基础上,建立了棱边强化前保险杠子结构独立评价有限元模型,分别进行了棱边强化模型和原始模型的50 km・h^-1正碰仿真试验。仿真结果表明:导出的平均压溃力公式可以预测棱边与平板屈服强度比为1～4的棱边强化薄壁方管轴向压溃力学特性,仿真结果与理论结果的最大偏差不超过5.66%; 由前保险杠子结构正碰仿真结果得到了棱边强化前后近似的塑性变形模式与传力路径,能量吸收差值不超过0.3 kJ。可见,选择性棱边应力强化后的普通延性钢前保险杠子结构有望实现等效置换较高强度钢前保险杠子结构。交通运输工程学报. 2016 16(5): 57-65.

液力变矩器的闭锁控制

惠记庄, 郭云欣, 郑恒玉, 张泽宇, 胡浩 — 2016-10-20

惠记庄, 郭云欣, 郑恒玉, 张泽宇, 胡浩以某型号工程车辆为研究对象,针对其工况特点,以闭锁控制原理为基础,计算并选择在不同油门开度下的常用闭锁点。以油门开度和涡轮转速为基础,以制动信号、档位信号和冷却水温度信号为辅助,设计了多参数闭锁控制策略,并建立了相应的闭锁流程。运用MATLAB/Simulink软件建立了由闭锁控制模型、发动机模型、液力变矩器模型、液力变矩器输出模型、变速箱模型和外界阻力模型组成的整车模型,并对整车模型进行仿真。仿真结果表明:闭锁信号能对水温与档位信号做出正确响应,车辆在设定的闭锁点处实现闭锁; 闭锁控制模型符合制定的闭锁控制策略,且其传动系统的输出模型符合实际工况,为车辆的闭锁控制提供了理论依据,也为车辆传动效率的提高与车辆节能减排提供了一种新方案。交通运输工程学报. 2016 16(5): 66-73.

航路飞行冲突解脱策略的滚动时域优化

汤新民, 陈平, 李博 — 2016-10-20

汤新民, 陈平, 李博针对固定航路上2架航空器的冲突解脱问题,在基于航向角和地速调整的静态单一最优解脱策略的基础上,考虑航空器飞行过程中可能存在的速度扰动等不确定因素,给出了一种基于滚动时域优化的动态混合最优解脱策略,采用极大似然估计和牛顿-拉夫逊迭代算法对风矢量进行辨识,对无扰动下的静态优化、航空器地速变化条件下的滚动时域优化以及风矢量变化条件下的滚动时域优化3种策略进行对比。分析结果表明:调整航向角的最短解脱时间为195 s,调整地速的最短解脱时间为285 s; 第1架航空器减速、匀速、加速时,解脱时间分别为240、215、150 s; 风矢量横向、纵向分量估计值的平均绝对误差分别为0.049、-0.067 km・h^-1,相对误差分别为0.173%、-0.205%; 对风矢量进行辨识后解脱时间从215 s减少为160 s。可见,基于风矢量辨识与滚动时域优化的动态混合最优解脱策略能够及时应对风矢量、航空器地速突然变化的情况,具有较好的动态适应性。交通运输工程学报. 2016 16(5): 74-82.

融合先验经验聚类的终端区交通流相态识别

袁立罡, 胡明华, 张洪海, 马勇 — 2016-10-20

袁立罡, 胡明华, 张洪海, 马勇以终端区交通流为研究对象,基于航迹谱聚类结果定义并提取交通流特征,分析了特征间关系与交通流相态演化规律,发掘了实测数据下交通流的自由态、平稳态与拥堵态,以此为先验经验进一步设计因子分析与遗传期望最大化模糊聚类算法相结合的终端区交通流态势识别方法,实现对交通流状态影响因素与交通流隐性特征的提取,选取典型繁忙终端区的实测数据进行验证。分析结果表明:基于客观数据挖掘的交通流态势识别方法具有良好的适应性与准确性,自由态、平稳态与拥堵态的模型识别数量分别为6、36、37,管制员判别数量分别为7、40、32,误差率分别为14.3%、10.0%、15.6%,模型识别率均在84%以上; 提取的交通流相态及时空特征可从局部细节构建终端区整体运行态势,为终端区流量时空分布调配与进离场程序优化提供支撑。交通运输工程学报. 2016 16(5): 83-94.

时效要求下的甩挂牵引车调度问题与求解

李红启, 赵文聪, 李嫣然 — 2016-10-20

李红启, 赵文聪, 李嫣然针对时效要求下的甩挂牵引车调度问题,以整车运输和多对多运输需求为基本特征,以货运吨公里CO₂排放量为目标函数,构建了混合整数规划模型,设计了基于节约算法和邻域搜索算法的两阶段启发式算法,进行了带有时间窗的既有算例的求解。计算结果表明:启发式算法所得满意解对基准算例1～12初始解的优化率分别为4.21%、2.06%、2.70%、3.87%、2.03%、3.54%、2.23%、3.35%、1.54%、2.11%、1.58%、0.81%,平均水平为2.50%; 最优解分别为101.22、107.05、106.21、103.94、116.23、103.16、102.61、102.14、101.05、103.38、103.69、100.54 g・(t・km)^-1,平均值为104.27 g・(t・km)^-1,因此,本文所构建的混合整数规划模型与启发式算法是可行和有效的,时效要求下的甩挂牵引车调度优化可产生良好的节能减排效果。交通运输工程学报. 2016 16(5): 95-102.

空挂任务不确定情形下的甩挂运输调度优化

杨珍花, 杨光敏, 徐奇, 郭姝娟, 靳志宏 — 2016-10-20

杨珍花, 杨光敏, 徐奇, 郭姝娟, 靳志宏在实际路网下建立了空挂任务不确定情形下的甩挂运输调度优化模型,设计两阶段启发式算法进行求解,第1阶段分别按照空挂调运距离最小和重挂任务起终(OD)点总顺差最低2种策略确定空挂调运方案,第2阶段结合任务节点顺差和贪婪思想确定所有任务的执行序列,采用算例分析算法的性能。分析结果表明:空挂运输成本与总成本分别为325.5、1 010.5元,比原有方案分别节约10.44%、3.62%,且使用的牵引车更少; 基于辽宁省内城市间甩挂运输算例所得空挂调运距离最小和重挂任务OD点总顺差最低2种策略的最优值分别为2 561.3、2 464.6元,平均求解时间分别为21.5、27.3 s,第2种策略各结果的稳定性较好; 模拟退火算法所得总成本均在3 100元以上,求解时间均在80 s以上。可见,本文算法的精度和效率较高,重挂任务OD点总顺差最低策略在求解空挂任务不确定情形下的甩挂运输调度问题方面有着明显的优势。交通运输工程学报. 2016 16(5): 103-111.

干线协调控制优化及其应用

曲大义, 万孟飞, 王兹林, 许翔华, 王进展 — 2016-10-20

曲大义, 万孟飞, 王兹林, 许翔华, 王进展基于相邻信号交叉口交通流的到达特性,分析了干线协调控制的内在机理,根据下游交叉口排队状态,考虑头车与尾车到达时信号状态为绿灯的约束条件,建立了无排队、一次排队、二次排队状态下的相位差模型,研究了相位差与排队长度、绿灯时间和周期的定量关系,考虑干线各交叉口间的关联性及交通需求与供给的关系,提出干线周期、相位相序、绿信比的优化策略,选取青岛市滨海大道沿线13个信号交叉口进行案例分析。计算结果表明:实施双向绿波协调控制方案后滨海大道由东向西方向的总旅行时间由779 s变为564 s,减少27.5%,总停车次数由6次变为2次; 由西向东方向的总旅行时间由806 s变为592 s,减少26.5%,总停车次数由5次变为2次,因此,相位差模型及其优化策略对车辆旅行时间、停车次数的优化效果显著,相位差模型具有可行性与实用性。交通运输工程学报. 2016 16(5): 112-121.

基于图模型与卷积神经网络的交通标志识别方法

刘占文, 赵祥模, 李强, 沈超, 王姣姣 — 2016-10-20

刘占文, 赵祥模, 李强, 沈超, 王姣姣为了提高交通标志识别的鲁棒性,提出了一种基于图模型与卷积神经网络(CNN)的交通标志识别方法,建立了一个面向应用的基于区域的卷积神经网络(R-CNN)交通标志识别系统。构造了基于超轮廓图(UCM)超像素区域的图模型,有效利用自底向上的多级信息,提出了一种基于图模型的层次显著性检测方法,以提取交通标志感兴趣区域,并利用卷积神经网络对感兴趣候选区进行特征提取与分类。检测结果表明:针对限速标志,基于UCM超像素区域的图模型比基于简单线性迭代聚类(SLIC)超像素的图模型更有利于获取上层显著度图的大尺度结构信息; 基于先验位置约束与局部特征(颜色与边界)的层次显著性模型有效地融合了局部区域的细节信息与结构信息,检测结果更加准确,检测目标更加完整、均匀,查准率为0.65,查全率为0.8,F指数为0.73,均高于其他同类基于超像素的显著性检测算法; 基于具体检测任务的CNN预训练策略扩展了德国交通标志识别库(GTSRB)的样本集,充分利用了CNN的海量学习能力,更好地学习目标内部的局部精细特征,提高了学习与识别能力,总识别率为98.85%,高于SVM分类器的95.73%。交通运输工程学报. 2016 16(5): 122-131.

北斗二代在西部低密度铁路中的应用

上官伟, 袁重阳, 蔡伯根, 王剑, 刘江 — 2016-10-20

上官伟, 袁重阳, 蔡伯根, 王剑, 刘江考虑西部铁路线低密度、低成本、高可靠性等应用需求,研究了基于北斗二代卫星导航系统和惯性导航系统的组合定位技术,结合地图匹配技术,能够满足面向西部低密度铁路的列车连续无缝定位需求。当列车经过铁路沿线隧道与山区时,北斗卫星信号会因遮挡而失效,采用加速度计和陀螺仪构成的惯性导航系统进行参数短时推算,能够提供列车的运行姿态、速度与位置信息,解决短时间内因卫星信号失效导致列车无法定位的问题。研究了面向铁路直线线路和有岔区段的地图匹配技术,并结合轨道地图数据库进行了测试。设计并搭建了应用于西部低密度铁路的北斗二代卫星导航列车定位系统,在实验室单点静态定位和青藏铁路现场连续动态定位测试条件下,对系统的定位功能进行了测试和验证。试验结果表明:在单点静态定位条件下,定位误差平均为0.558 m,在动态定位条件下,定位误差平均为0.258 m; 结合基于轨道地图数据库的地图匹配技术,列车运行轨迹点匹配正确率达98.6%,系统定位误差能够满足西部低密度铁路的全局定位需求。交通运输工程学报. 2016 16(5): 132-141.

AIS报文异常动态信息甄别方法

刘兴龙, 初秀民, 马枫, 雷进宇 — 2016-10-20

刘兴龙, 初秀民, 马枫, 雷进宇针对船舶自动识别系统(AIS)报文中的异常动态信息,提出一种基于概率推理的包括先验知识提取、证据建模、证据合成与权重系数优化4个步骤的识别方法,运用似然度建模方法将经过人工识别的AIS数据中的速度、航向角和轨迹位置信息转化为0～1之间的证据信度,并用证据推理(ER)规则合成,以验证过的AIS数据作为输入,采用非线性优化方法修正证据权重系数,利用武汉天兴洲大桥水域轮渡与武桥水域货船的AIS数据进行验证试验。试验结果表明:在优化权重系数下武汉天兴洲大桥水域轮渡的正确数据、错误数据、总体数据识别准确率分别为91.67%、97.62%、92.63%; 以总体偏差最小为目标时,武桥水域货船的正确数据、错误数据、总体数据识别准确率分别为91.79%、89.87%、91.65%; 以正确数据偏差最小为目标时,武桥水域货船的正确数据、错误数据、总体数据识别准确率分别为93.18%、49.95%、90.03%。可见,基于ER规则的AIS动态信息甄别方法能针对不同的优化目标灵活调整证据权重系数,具有接近人工水平的识别准确率。交通运输工程学报. 2016 16(5): 142-150.

有轨电车信号优先时长阈值优化模型

周洋帆, 贾顺平, 陈绍宽, 韦伟 — 2016-10-20

周洋帆, 贾顺平, 陈绍宽, 韦伟以车辆延误和交叉口饱和度为约束条件,针对绿灯提前和绿灯延长2种优先策略,建立了求解有轨电车信号优先时长阈值的优化模型,考虑了有轨电车车身长度的影响,通过案例对模型进行验证。分析结果表明:绿灯提前策略下优先时长的阈值为0～13 s,绿灯延长策略下优先时长的阈值为5～11 s; 以出行者作为研究单元时,不同的非优先相位的公交车辆数对应不同的整体效益曲线,而以车辆作为研究单元时,不同的非优先相位的公交车辆数只对应一条整体效益曲线; 非优先相位的公交车辆数的临界值为16 veh,非优先相位的车辆到达率的临界值为0.115 pcu・s^-1,红灯时长的临界值为101 s,这些参数超过临界值后,不再适合给有轨电车设置信号优先。本文提出的有轨电车信号优先时长阈值的优化模型为给予有轨电车合理范围内的信号优先提供了依据。交通运输工程学报. 2016 16(5): 151-158.