检索结果-内蒙古大学图书馆

力学学报 2025年第1期57卷 212-223页

作者：张耀洵石怀龙曾京刘佳宁周俊屹西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室成都610031

以进一步提升高速列车的运行平稳性和曲线通过速度为目标,设计了转向架二系垂向减振器主动悬挂控制构型,提出了基于扰动观测器的滑模控制方法,实现了车体垂向振动和主动倾摆的多目标协同控制.建立车辆垂向简化动力学模型,设计兼顾车体... 详细信息

以进一步提升高速列车的运行平稳性和曲线通过速度为目标,设计了转向架二系垂向减振器主动悬挂控制构型,提出了基于扰动观测器的滑模控制方法,实现了车体垂向振动和主动倾摆的多目标协同控制.建立车辆垂向简化动力学模型,设计兼顾车体浮沉、点头和侧滚模态振动的滑模面,基于滑模控制原理推导了主动力表达式;构建扰动观测器实现部分状态反馈量的估计,并证明控制系统的稳定性;进而,基于SIMPACK搭建车辆全自由度动力学模型,在MATLAB/SIMULINK中建立控制器和主动执行机构,实现动力学与控制联合仿真;分析主动倾摆控制效果,以及典型轨道不平顺激励下车体振动抑制效果.研究表明:所设计的主动垂向悬挂构型和滑模控制方法,可以显著降低车体10 Hz以内的垂向加速度和平稳性指标,优于传统天棚阻尼控制和被动悬挂工况;利用滑模控制还可实现曲线线路上车体主动倾摆,能够降低离心力对旅客乘坐舒适性的影响,可达到摆式列车的作用效果;车体主动倾摆控制会略微增大脱轨系数等安全性指标,但仍在安全限值范围内并具有足够裕量.主动垂减控制可以同时兼顾车体垂向振动与倾摆控制,进一步提升高速列车在直线和曲线线路上运行平稳性.

关键词：高速车辆动力学主动悬挂主动倾摆运行平稳性联合仿真

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连续运行车辆-轨道垂向耦合动力学的时变分析法

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力学学报 2025年第3期57卷 740-754页

作者：杨蔡进西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室成都611031

随着运行速度的提升,高速列车与服役结构及环境的耦合作用显著加剧,并且上述耦合作用表现在车辆运动的全过程.考虑实际的运行环境,建立精细的车辆-轨道耦合动力学模型,开展更为精确的服役模拟是当前研究热点,但面临许多挑战,例如车辆与... 详细信息

随着运行速度的提升,高速列车与服役结构及环境的耦合作用显著加剧,并且上述耦合作用表现在车辆运动的全过程.考虑实际的运行环境,建立精细的车辆-轨道耦合动力学模型,开展更为精确的服役模拟是当前研究热点,但面临许多挑战,例如车辆与长大轨道结构耦合动力学建模难题.现代高速列车短时间内就能在轨运行至数百公里的距离,经典的理论方法采用了拉格朗日方式描述系统的运动和变形,限定系统的力学研究对象固定不变,往往需要针对全部长度的轨道结构进行建模,计算分析效率亟需提高.围绕高速轨道交通领域内关键基础力学模型问题,基于模型截断的策略,从时变系统动力学角度,构建长距离连续运行车辆-轨道耦合动力学高效建模与分析方法.引入移动控制体描述长大轨道结构在有效振动区域内动力学行为,利用任意拉格朗日-欧拉原理建立移动控制体内截断轨道梁的连续时变动力学模型,基于自适应步长Runge-Kutta-Fehlberg积分策略,通过预处理当前时间步的积分信息,确定预测下一时间步系统响应所需的迭代条件,从而表征控制体内轨道梁下轨枕和道床质量系统的离散时变动力学问题.最后,通过数值算例仿真,分析了车辆-轨道耦合系统的动力学响应,并将计算结果与传统模态叠加法获得结果进行比较,验证了方法的有效性.

关键词：高速列车长大轨道结构离散/连续时变系统动力学移动控制体任意拉格朗日-欧拉原理

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电力动车组变刚度转臂节点的半主动控制

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中国机械工程 2025年第1期36卷 160-167,176页

作者：李旭阳代亮成池茂儒赵明花周荻西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室成都610031

为抑制电力动车组运行中由异常轮轨匹配产生的车体晃动,提出一种采用半主动转臂节点代替被动式转臂节点的解决方法。设计了具有两级刚度特性的半主动转臂节点并建立其力学模型,推导了具有可变惯性通道的半主动转臂节点复刚度表达式,并... 详细信息

为抑制电力动车组运行中由异常轮轨匹配产生的车体晃动,提出一种采用半主动转臂节点代替被动式转臂节点的解决方法。设计了具有两级刚度特性的半主动转臂节点并建立其力学模型,推导了具有可变惯性通道的半主动转臂节点复刚度表达式,并通过台架试验验证了力学模型的准确性。基于半主动转臂节点控制策略,建立了半主动转臂节点与车辆动力学的联合仿真模型,分析了不同轮轨匹配状态下半主动转臂节点对车辆动力学性能的影响。结果表明:在低等效锥度轮轨匹配状态下,半主动转臂节点能有效衰减一次蛇行对应速度区间内车体大幅值、低频的横向振动,显著减小车体横向加速度主频处的幅值;正常轮轨匹配状态下,与搭载传统被动转臂节点的车辆相比,搭载半主动转臂节点的车辆有更优的曲线通过能力和更高的临界速度。

关键词：电力动车组变刚度转臂节点半主动控制一次蛇行车辆动力学性能

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WRRB轮轨滚动行为模拟试验台轮轨高频动态模拟特性初探

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铁道学报 2025年第1期47卷 54-62页

作者：罗易飞赵鑫温泽峰黄双超周志军西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室四川成都610031

为研究WRRB轮轨滚动行为模拟试验台的高频动态模拟特性,利用Ansys/LS-DYNA建立试验轮轨和我国服役轮轨的瞬态滚动接触有限元模型。模型充分考虑轨下离散支承和系统结构高频振动,集成基于罚函数的“面-面接触算法”、轨面不平顺模型、T... 详细信息

为研究WRRB轮轨滚动行为模拟试验台的高频动态模拟特性,利用Ansys/LS-DYNA建立试验轮轨和我国服役轮轨的瞬态滚动接触有限元模型。模型充分考虑轨下离散支承和系统结构高频振动,集成基于罚函数的“面-面接触算法”、轨面不平顺模型、Tγ磨耗模型。对比二者在平顺条件和典型高频激励(轨面单个凹坑和波磨)下的轮轨力、接触应力、钢轨磨耗深度,结果表明,试验轮轨在比例载荷作用下能定量模拟服役轮轨的滚动接触行为,但由于轮轨截面几何、悬挂结构、驱动方式等因素的影响,二者存在以下差异:试验轮轨在零横移时也具有约0.12倍静轮重的横向力,法向接触应力偏低,切向接触应力和钢轨磨耗量偏高;轨面短波不平顺激励下的动态轮轨力偏低,车轮滚出凹坑后轮轨力衰减得更快,波磨引起的轮轨“拍”振不明显,但钢轨磨耗深度平均值和峰-谷值均偏高,有利于实物试验时加速轨面不平顺演变。利用该试验台模拟直线或大半径曲线运行工况时应注意以上差异,并考虑加装车轮悬挂与侧滚装置。

关键词：缩尺车轮-环轨有限元法短波不平顺瞬态滚动接触相似性

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基于主动抗蛇行减振器的高速转向架分岔控制与复杂运动分析

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交通运输工程学报 2025年第1期25卷 121-131页

作者：毛冉成曾京石怀龙文敬涵魏来西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室四川成都610031

为保障高速动车组蛇行稳定性并提升临界速度,开展基于主动抗蛇行减振器的车辆系统分岔特性控制研究,建立了包含刚性转向架横移/摇头与车体横移的动力学简化模型,结合实测磨耗后期的车轮踏面数据给出了非线性轮轨关系;在传统被动悬挂的... 详细信息

为保障高速动车组蛇行稳定性并提升临界速度,开展基于主动抗蛇行减振器的车辆系统分岔特性控制研究,建立了包含刚性转向架横移/摇头与车体横移的动力学简化模型,结合实测磨耗后期的车轮踏面数据给出了非线性轮轨关系;在传统被动悬挂的基础上并联主动抗蛇行减振器,基于转向架摇头控制分析了车辆系统的Hopf分岔及分岔后的复杂运动。分析结果表明:线性刚度与线性阻尼控制均能延后Hopf分岔点,即能够直接提高车辆系统的蛇行临界速度,从被动状态下247 km·h^(-1)提高至328 km·h^(-1);线性刚度控制不影响分岔后的轮对横移量,将蛇行频率从5 Hz提高至7 Hz,线性阻尼控制能有效降低分岔后的极限环幅值与蛇行频率;非线性刚度与阻尼控制不改变车辆的临界速度,且二次项控制增益将引起车辆系统产生不稳定的极限环;三次项控制增益均可以降低分岔后的极限环幅值,其中三次项刚度控制会提高蛇行频率,三次项阻尼控制能够抑制蛇行频率;传统被动悬挂下车辆在发生Hopf分岔后,系统将经历极限环运动进入倍周期分岔进而通向混沌态,而线性控制在车速为386 km·h^(-1)时发生超临界Hopf分岔后能维持稳定的极限环单周期运动,其最大李雅普诺夫指数始终小于0,可以有效避免车辆系统产生复杂的混沌运动,但非线性控制的作用效果有限。

关键词：车辆工程抗蛇行减振器主动控制蛇行稳定性高速转向架 Hopf分岔

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基于多结构数据驱动的车轮扁疤定量识别方法

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浙江大学学报(工学版) 2025年第4期59卷 688-697页

作者：钱新宇谢清林陶功权温泽峰西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室

为了快速、准确检测车轮扁疤，提出以不同结构数据为驱动载体的车轮扁疤定量识别方法.将合成的扁疤车轮数据作为车轮不圆激励输入地铁车辆-轨道刚柔耦合动力学模型，获取不同工况下的轴箱振动响应.对轴箱振动响应进行数据规整，制成不... 详细信息

为了快速、准确检测车轮扁疤，提出以不同结构数据为驱动载体的车轮扁疤定量识别方法.将合成的扁疤车轮数据作为车轮不圆激励输入地铁车辆-轨道刚柔耦合动力学模型，获取不同工况下的轴箱振动响应.对轴箱振动响应进行数据规整，制成不同结构形式的样本集，将它与速度信号融合输入多输入卷积神经网络（MCNN）模型进行训练，探究MCNN模型在不同数据结构输入下的性能差异.结果表明：相较于设置的其他输入数据结构，输入数据结构为时域、频域和时频域组合的MCNN模型识别性能最佳，平均绝对百分比误差与拟合度（R2）分别为1.947%和0.997 8，耗时相对较低，单个样本为0.157 9 ms.经典模型对比实验、速度信息消融实验和实测数据迁移学习实验的结果表明，输入数据结构为时域、频域和时频域组合的MCNN模型具有工程应用价值.

关键词：车轮扁疤定量识别多结构数据样本集多输入卷积神经网络轴箱振动加速度

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基于LSTM的脱轨系数间接测量方法研究

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振动.测试与诊断 2025年第1期45卷 57-64,200页

作者：孙昭意陈建政吴越乔笑冉西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室成都610031

为了对脱轨系数进行准确而高效的在线监测,基于长短时记忆(long short-term memory,简称LSTM)网络算法,对脱轨系数间接测量问题展开研究。首先,选取实测地铁车辆上易测得的物理信号作为输入,研究不同输入信号与脱轨系数的相关性;其次,... 详细信息

为了对脱轨系数进行准确而高效的在线监测,基于长短时记忆(long short-term memory,简称LSTM)网络算法,对脱轨系数间接测量问题展开研究。首先,选取实测地铁车辆上易测得的物理信号作为输入,研究不同输入信号与脱轨系数的相关性;其次,建立网络模型的样本数据集并对脱轨系数划分相应标签,通过网络训练实现标签的准确划分;最后,筛选标签中脱轨系数临近安全限值的样本数据作为网络的输入,实现脱轨系数具体数值的间接测量,并在另一条试验线路上验证了该方法的有效性。研究结果表明:将轴箱横、垂向振动加速度信号、车体摇头角速度信号、一系悬挂垂向压缩位移量以及车辆运行速度全部作为网络输入信号,进行脱轨系数间接测量的效果最好;基于LSTM方法可以有效地对脱轨系数标签进行分类,且能够对危险区域内脱轨系数进行精确测量,满足实际线路上脱轨系数间接测量及评价的要求。该研究成果有助于地铁车辆长期运营时脱轨系数间接测量以及安全监测等。

关键词：脱轨系数振动加速度长短时记忆网络间接测量

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芯片原子层抛光研究进展与挑战

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清华大学学报(自然科学版) 2025年第2期65卷 215-232页

作者：江亮吴渊张永顺郑佳昕陈宇山仲夏周辽魏宇廷陈磊钱林茂西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室摩擦学研究所成都610031

芯片是现代信息社会的基石,对于国家核心竞争力和国家安全具有重要意义。随着摩尔定律不断推进,芯片特征尺寸不断缩小并趋近物理极限,亟需发展原子层抛光,对器件表面实现以原子层为基本单元的极限精度抛光去除,以实现原子级精度表面,满... 详细信息

芯片是现代信息社会的基石,对于国家核心竞争力和国家安全具有重要意义。随着摩尔定律不断推进,芯片特征尺寸不断缩小并趋近物理极限,亟需发展原子层抛光,对器件表面实现以原子层为基本单元的极限精度抛光去除,以实现原子级精度表面,满足光刻、键合等工艺苛刻需求。目前,化学机械抛光是芯片制造中唯一能够同时实现晶圆局部和全局平坦化的关键技术,具备实现原子层抛光的潜力。为此,该文系统总结了芯片衬底表面和互连异质表面化学机械抛光的机理和工艺。对于衬底表面,目前已经实现单晶硅的微观单原子层可控去除和宏观近理论极限表面粗糙度抛光,基本探明化学机械抛光在晶圆表面的极限精度加工能力。对于互连异质表面,首先从摩擦学的角度,依据磨粒与表面之间的不同相互作用,分类总结化学机械抛光中的材料去除模式:机械犁沟和化学成键。然后在此基础上,提出互连异质表面同步去除调控原理和方法,归纳铜/钽、铜/钴、铜/钌等互连异质表面平坦化工艺。最后提出利用机械、化学、电/光/等离子体/能束等多场协同作用,将化学反应/机械化学反应限域在最表层原子,以期实现原子层抛光,助力高端芯片原子级制造。

关键词：芯片原子层抛光化学机械抛光异质表面同步去除平坦化

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永磁同步牵引电机全速域双模式模型预测控制策略

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中国电机工程学报 2025年第2期45卷 748-757,I0029页

作者：孙振耀徐帅任冠州马光同池茂儒轨道交通运载系统全国重点实验室(西南交通大学) 四川省成都市610031

有限集模型预测控制因具有多目标多约束的控制特性以及较好的动态控制性能,在中压大功率牵引传动领域得到较多关注。轨道车辆牵引电机调速范围较广,在高速弱磁域要求达到最大直流母线电压利用率。但是,传统有限集模型预测控制过调制能... 详细信息

有限集模型预测控制因具有多目标多约束的控制特性以及较好的动态控制性能,在中压大功率牵引传动领域得到较多关注。轨道车辆牵引电机调速范围较广,在高速弱磁域要求达到最大直流母线电压利用率。但是,传统有限集模型预测控制过调制能力有限,进入过调制后电流跟踪性能下降,无法最大化变流器直流母线侧电压利用率,实现方波运行。针对此问题,提出一种双模式模型预测控制方法,在线性速度范围内采用传统单步长预测控制,在高速弱磁域内采用一种改进多步长模型预测控制方法,实现牵引电机全速域工况运行。首先,建立永磁同步电机线性速度域内的预测电流模型和目标函数;其次,分析电机在方波工况下的交直流电流轨迹特征,引入多步长预测以计算电流轨迹平均值,建立基于电流平均值的目标函数,从而确定最优的换流时刻;再次,提出双滞环结构控制模式切换方法,实现线性控制模式和方波控制模式的平滑切换;建立前馈弱磁控制计算模型,实现高速弱磁区域的参考电流给定;最后,通过稳态和暂态实验结果验证所提出控制算法的有效性。

关键词：轨道车辆模型预测控制永磁同步电机方波弱磁控制多步长预测

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曲线几何参数及制动工况对列车轴箱轴承动态特性影响研究

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机械工程学报 2025年第1期61卷 187-198页

作者：楚明杨林川王志伟江志伟王权莫继良西南交通大学机械工程学院成都610031 西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室成都610031

轴箱轴承是高速列车转向架的关键部件,其动态特性对车辆的可靠性及安全运行至关重要。当车辆曲线通过时,特别当曲线制动时,轴箱轴承的动态特性极为复杂且尚不明确。为此,建立了考虑轴箱轴承和制动系统的高速列车拖车刚-柔耦合动力学模型... 详细信息

轴箱轴承是高速列车转向架的关键部件,其动态特性对车辆的可靠性及安全运行至关重要。当车辆曲线通过时,特别当曲线制动时,轴箱轴承的动态特性极为复杂且尚不明确。为此,建立了考虑轴箱轴承和制动系统的高速列车拖车刚-柔耦合动力学模型,仿真分析了不同曲线几何参数及曲线制动工况下轴箱轴承的振动、载荷及内部接触特性。结果表明:车辆曲线惰行时,轴箱轴承的横向振动加速度随超高值的增大先减小后增大,均衡超高下的一位轮对左、右两侧轴箱轴承垂向力相同,超高值小于均衡超高值约20 mm时,轴箱轴承的轴向力可以忽略不计。车辆曲线制动工况下,超高值小于140 mm时轴箱轴承的横向振动更为剧烈,一位轮对轴箱轴承垂向力减小,沿外股轨道方向的轴向力增大,进而导致两列滚子–滚道最大接触应力的差值显著增大。

关键词：轴箱轴承高速列车曲线半径超高制动系统

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