2020年, 第44卷, 第4期 刊出日期:2020-08-28
  

  • 全选
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    土木建筑工程
  • 余朔,金浩,毕湘利
    北京交通大学学报. 2020, 44(4): 1. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20190108
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    针对地表超载导致盾构隧道接头破坏的问题,以含环缝榫槽的错缝拼装管片为研究对象,建立了精细化盾构隧道有限元模型.通过施加1∶10盾构隧道-土相互作用模型试验验证的水土荷载,研究了超载下环缝榫槽破坏的规律及对相邻环隧道变形、内力、环缝错台的影响,得出:1)环缝榫槽发生初始破坏的位置处于拱腰处靠近纵缝接头边角的部位,发生破坏的原因是凸榫底部和凹榫顶部相互挤压造成的;2)在超载阶段,环缝榫槽出现破坏的区域与环缝错台量密切相关,当地表超载超过70 kPa时,隧道拱腰及顶底的榫槽均开始发生破坏,榫槽破坏位置对应的环缝错台量均大于1.0 mm;3)在榫槽破坏发展过程中,环缝错台量先呈线性后呈非线性变化,当环缝榫槽的裂缝贯通至管片表面时,隧道收敛变形开始迅速增大,相邻环的最大弯矩差比初始破坏阶段大3倍,相邻环的最大轴力差比初始破坏阶段大1.9倍.
  • 李淑,张顶立,邵运达
    北京交通大学学报. 2020, 44(4): 13. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200011
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    在环境复杂的城市中进行深基坑开挖,精细化分析深层土体位移场,对保证周边环境的安全具有重要意义.结合21个北京地铁车站深基坑工程的实测数据,分析复合型变形模式下,坑外深层土体位移场的变化规律.结果表明:坑外深层土体竖向变形随深度的增加而改变,可分为“凹槽形”沉降区、变形过渡区和“三角形”隆起区;水平侧移可分为“大肚子形”侧移区、变形过渡区和“三角形”侧移区.坑外地表竖向沉降可分为“弓形”沉降区和“三角形”沉降区;水平侧移亦可分为“弓形”侧移区、变形过渡区和“三角形”侧移区.根据变形的大小将坑外影响范围划分为主要影响区、次要影响区和无影响区.研究成果对于判断基坑开挖对坑外建(构)筑物的影响程度具有一定的指导意义.
  • 王磊,骆建军,高立平,李飞龙,姜伟
    北京交通大学学报. 2020, 44(4): 24. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20190116
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    地铁隧道穿越施工引起既有桥梁桩基沉降变形及承载力损失,可能会严重影响桥梁正常使用.采用数值方法研究了隧道斜穿施工对既有桥梁桩基位移变形和内力的影响.通过与现场实测结果进行对比,验证了数值模型的准确性.研究结果表明:拱顶上方的桩基沉降量最大,沉降变形对合位移的贡献率达98.7%,而桥梁右幅桩基以横向挠曲变形为主;斜穿施工引起的桥桩变形空间效应显著,合位移方向与隧道轴线呈一定角度,该角度与埋深、桩-隧水平距离有关;桩身弯矩受桩-隧水平距离影响显著,桥梁上部结构对桥桩变形约束作用不能忽略;桥桩轴向受力状态不同,拱顶上方桥桩基本受拉,而其他位置桥桩以受压为主;衬砌厚度、衬砌后注浆范围对桥梁沉降变形影响规律相似,而地表加固深度对桥梁沉降的影响规律较为复杂.
  • 梁辉如,王永东,燕新,刘俊锋,彭浩,郭旭东
    北京交通大学学报. 2020, 44(4): 34. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20190080
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    基于其古顶炭质泥岩隧道现场出现的问题,考虑炭质泥岩遇水膨胀软化效应,建立锁脚锚管-钢拱架力学模型,采用结构力学和材料力学理论分析了围岩产生的松散压力和支护后产生的弹性抗力对钢拱架的力学影响,分析了锁脚锚管抗滑移性能和弯曲性能,给出了超挖地段锁脚锚管-钢拱架的稳定性判断依据并进行计算,利用ANSYS软件对锁脚锚管-钢拱架受力进行模拟验证.根据对锁脚锚管-钢拱架稳定性的理论计算和数值模拟数据对比可知:锚管与钢拱架连接点的弯矩、竖向力和水平力的理论计算值与数值模拟结果基本保值一致,验证了锁脚锚管—钢拱架稳定性验算理论的有效性与合理性.
  • 张良以,陈铁林,张顶立
    北京交通大学学报. 2020, 44(4): 42. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20190137
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    随着膨胀土工程建设的增多,因膨胀土特殊性产生的工程问题愈发突出.当前,应对膨胀土工程的数值手段较为欠缺,现有数值手段存在限制条件多、参数繁杂及参数确定困难等弊端,建立简洁有效的膨胀土数值模型具有重要的实践意义.借鉴非饱和流固耦合理论,基于膨胀变形与基质吸力的线性假定,将膨胀应变作为单独场变量,构建适用于非饱和膨胀土的多场耦合数值模型.引入差分进化优化算法,通过反演分析计算,确定数值模型参数与室内试验参数的定量关系,构建完整的数值模型参数确定体系.通过与大型室内物理模型试验进行对比,验证膨胀土数值模型的可行性与准确性,补充与完善膨胀土多场耦合模型,为后续工程应用、科学研究等提供必要的理论基础与分析手段.
  • 黄钢,郑明新,董旭,彭晶,杨继凯
    北京交通大学学报. 2020, 44(4): 49. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20190105
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    针对煤系土边坡降雨易发生浅层失稳、水土流失等问题,开展草灌植物(狗牙根、香根草和紫橞槐)根系对煤系土加固的力学效应研究.采用直剪试验和轴平移技术,研究了不同根系对不同含水率煤系土抗剪强度参数和基质吸力的影响.实验结果表明:植物的根系分布随着土体深度的增加而减少.黏聚力随着含水率的增加呈先缓慢减少然后快速减少趋势,存在界限含水率;含根煤系土黏聚力随着根含量的增加而增大,且是无根煤系土黏聚力的1.16~1.47倍;土水特征曲线的进气值随根含量的增加而减小,残余饱和度随着根含量增加而增大;渗透系数降幅随着基质吸力增大呈先慢后快趋势,渗透系数随着根含量的增加而增大.草灌植物根系均能显著发挥固土作用.
  • 交通运输工程
  • 赵佳,谢铠泽,赵维刚,张晓东
    北京交通大学学报. 2020, 44(4): 57. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20190109
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    CRTS Ⅱ型板式无砟轨道砂浆层脱空,严重威胁高速铁路无砟轨道结构的整体性、稳定性和安全性.提出一种基于应变模态的脱空识别方法,通过建立有限元模型,对不同脱空状态的轨道结构进行应变模态分析并量化识别效果,验证了该方法的有效性.研究结果表明:1)轨道板第一阶应变模态对砂浆层脱空识别的效果较其他阶应变模态更明显;2)应变模态脱空识别方法对远离边界的砂浆层脱空的识别更明显,定位精度可达0.025 m,识别脱空覆盖率最高达100%,识别区域脱空率最高达82.26%;3)脱空形状主要影响应变模态指标的定位效果,而脱空面积和脱空数量更易影响应变模态指标的识别范围和效果.
  • 赵辉,陈水生,夏钰桓
    北京交通大学学报. 2020, 44(4): 65. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20190112
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    桥梁结构采用模态综合叠加技术建立振动方程,车辆简化为9自由度弹簧质量阻尼系统,依据车轮与桥面间的接触关系建立车桥耦合振动方程.引入虚拟激励法,考虑桥面不平顺的随机激励作用,将桥面激励荷载等效分解到单元节点上,使用精细积分法求解车桥耦合方程.同时,以一座30 m跨的简支T梁桥为例,精细积分法求解桥梁的振动响应,并验证了算法的有效性.研究结果表明:结合虚拟激励法和精细积分法求解桥梁的振动响应,不受桥面随机激励样本数量的限制,计算速度和精度明显优于蒙特卡罗法;行车速度和桥面路况等级对桥梁振动响应的均值影响较小,但对桥梁振动响应的标准差影响较大;根据三倍标准差原理,桥梁振动响应的极大值与桥面不平顺的随机性有很大关系;精细积分法求解复杂的三维车桥耦合系统振动问题,求解精度高,数值稳定,消耗的计算时间少.
  • 王龙
    北京交通大学学报. 2020, 44(4): 76. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20190110
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    根据《中长期铁路网规划》,未来我国高速铁路网络覆盖将进一步扩大,如何明确各个高铁规划项目的功能定位与线路等级和标准,需对其运量水平及所承担的客流OD结构进行有效预测.对此,通过分析未来全方式客运需求增长比例、高速铁路全面成网后各种交通方式客流承担比例变化、高铁线路开通对于旅客出行需求的诱发作用等因素,完成中长期高速铁路客流OD的合理预测;进而以此为基础,考虑高速铁路网中OD客流不同走行径路的出行时间、费用、换乘、区段输送能力等影响因素,基于Logit模型构建了客流分配模型,并采用迭代加权法进行求解.最后,通过针对2030年长三角地区高速铁路运量水平及客流结构的案例分析,验证了本文方法的有效性,计算结论可为规划设计方案提供依据.
  • 姚恩建,刘彤,郇宁,刘文峰
    北京交通大学学报. 2020, 44(4): 86. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20200010
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    为解决单车型运营模式下运力资源浪费、车内过度拥挤等问题,提出混合车型运营模式下的常规公交线路发车间隔及车型配置优化方法.考虑不同车型容量限制,面向时变的客流需求,同时考虑公交企业运营成本及乘客出行成本两个优化目标,建立同步优化发车间隔和车型配置的多目标优化模型,并结合枚举法和带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ算法)求解模型.通过算例分析,给出了公交线路发车间隔及车型配置方案帕累托最优集,与现状运行方案及单车型下的发车间隔优化方法进行比较,验证了本方法的有效性;同时基于服务水平分析了两个目标的权衡对优化方案选择的影响,为公交运输组织提供针对性的服务建议.
  • 赵明珠,王丹,方杰,李岩,毛军
    北京交通大学学报. 2020, 44(4): 94. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20190136
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    地铁车站温度是影响乘客热舒适性的主要指标,且易受到列车运动、机械风等多种因素的影响而产生较大幅度和较为频繁的波动,需要准确掌握车站温度的变化规律和趋势,以便为合理调控车站热环境舒适性提供科学依据.为此,以北京市某地铁车站的温度实测数据为例,采用小波去噪、数据窗口化处理以及时序数据建模方法,分别建立了车站温度的差分自回归移动平均(ARIMA)预测模型、长短时记忆(LSTM)神经网络预测模型、双向长短时记忆(BiLSTM)神经网络预测模型.通过3种预测模型,得到车站温度的预测值与实测值的对比,研究结果表明:3种模型均具有较好的回归预测性能,适用于宏观掌握地铁车站温度的变化趋势,且BiLSTM模型的预测精度最优,其次是LSTM模型和ARIMA模型.其中,BiLSTM模型的预测精度可达80.58%,能够学习温度时序数据的双向特征,更适用于预测环境状态波动明显的空间温度变化趋势.
  • 机械与电子控制工程
  • 寇峻瑜,余浩伟,谢毅,罗圆,肖杰
    北京交通大学学报. 2020, 44(4): 102. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20190089
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    为获取悬挂式单轨车辆在不同缓和曲线线型条件下的乘坐舒适性,通过动力学软件Universal Mechanism建立悬挂式单轨车-线系统动力学模型,对三次、五次、七次和九次抛物线、半波和一波正弦这6类缓和曲线下的动力响应特性进行了分析.结果表明:对于运行速度不高(≤80 km/h)的悬挂式单轨,高次曲线型缓和曲线相比三次抛物线并不存在绝对优势,与理论分析有一定差异;同一缓和曲线长度内,由于高次曲线的有效长度更长,九次抛物线、一波正弦、七次抛物线、半波正弦、五次和三次抛物线在缓圆点和缓直点附近会先后出现低频振动;所有线型中,五次抛物线和半波正弦曲线条件下的振动衰减周期数最少、同一衰减周期内的晃动幅度最小,总体而言其具有更优的动力特性,满足更高的乘客舒适度.
  • 贾昕昱,黎国清,刘秀波
    北京交通大学学报. 2020, 44(4): 108. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20190132
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    基于虚拟裂纹闭合法提出了一种采用梁单元计算裂纹尖端节点力的方法.对含斜裂纹的薄板进行了计算,对比计算值及理论值得出,裂纹尖端应力强度因子的最大计算误差为0.72%,有较好的准确度.分析了不同网格尺寸对结果的影响,得出当裂纹的半径为3 mm时,裂纹尖端网格尺寸选为0.28 mm可以既满足精度要求,又能满足计算效率要求.同时对钢轨存在斜裂纹的情况进行了分析,得出车轮在横移4 mm的情况下,裂纹面的扩展以Ⅲ型开裂为主,两裂纹面以横向滑移为主,并且裂纹会从轨距角处向钢轨内侧扩展.采用本文所提出的方法可以减少后处理工作中可能产生的误差,提高计算效率,降低虚拟闭合法的使用门槛,为计算裂纹尖端节点力提供一种新的方法.
  • 田颖,韩峰,李贺,张龙海
    北京交通大学学报. 2020, 44(4): 116. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20190144
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    聚合物电解质膜燃料电池(Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell, PEMFC)空气供应系统中的故障通常会导致系统性能衰减甚至对电堆造成损害.针对PEMFC空气供应系统的故障诊断问题,提出了一种基于改进的人工蜂群算法(IABC)优化支持向量机(SVM)的故障诊断方法.采用文献中的非线性燃料电池系统模型,并在系统中加入方差为1的高斯噪声.通过引入Levy飞行策略,对标准人工蜂群算法(ABC)进行改进,提高了人工蜂群算法的全局搜索的能力,进而通过改进的人工蜂群算法优化支持向量机的惩罚因子C和核函数参数g,利用优化后的SVM分类器模型对PEMFC空气供应系统进行故障诊断研究.结果表明,该IABC-SVM算法故障诊断的准确率达到96.12%,具有良好的故障诊断效果.
  • 蔡永林,刘宗昊,王海同,席晓琳
    北京交通大学学报. 2020, 44(4): 124. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20190142
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    针对铣削加工的再生颤振问题,对加工稳定性进行了深入的研究.综合考虑工件及机床刀尖点的振动状态及动态特性,将单柔性系统推广到双柔性系统,建立考虑再生效应的球头刀切削力模型.基于模态锤击实验及仿真分析,获取工件及机床刀尖点动态特性.基于频域零阶分量法,对两种工艺系统下的铣削稳定域进行对比.通过钛合金板件铣削加工实验,基于两种颤振判别方法,验证了模型的准确性与有效性.可为钛合金材料铣削加工工艺参数的选择及优化提供可靠的理论依据.
  • 郭盛,马可,王向阳
    北京交通大学学报. 2020, 44(4): 132. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20190148
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    为辅助上肢功能障碍患者进行康复训练,结合串联及并联机构优势,综合考虑人体穿戴舒适性,并基于人体上肢运动机理及参数,采用混联方法设计了一种新型可穿戴上肢康复训练机构.该机构可慢速运动带动患者手臂进行定轨迹康复训练.使用矢量环路法建立机构刚体部分的运动学模型,并对机构刚体部分进行了运动静力学分析,得到机构运动状态与所需驱动力之间的理论关系.在仿真环境Adams中开展了运动学及运动静力学仿真.最后,以一典型康复动作为例,对比其运动学、运动静力学的理论解及仿真数值解.结果表明,理论解曲线和仿真曲线走势相同,误差在合理范围内,验证了运动静力学模型的正确性.
  • 电气工程
  • 刘慧娟,杜晋文,张振洋,刘威
    北京交通大学学报. 2020, 44(4): 141. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20190076
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    为提高油浸式变压器绕组温度场仿真计算的精确性,针对该类变压器饼式绕组和变压器油的材料参数均随温度变化的特点,通过分析研究其电磁场、温度场与流体场的三场控制方程及三场间耦合变量的关系,提出将电磁场与温度场松耦合,在温度场与流体场之间进行紧耦合实现电磁-温度-流体场三场耦合的建模方法.结合数值迭代计算的原理,以单匝导线作为三场间迭代计算数据映射的基本单元,应用有限元法与有限体积法联合求解.然后,针对一台实际的配电变压器低压饼式绕组,在测试且计及导线匝间绝缘对传热计算影响、对剖分网格进行敏感性分析基础上,建立饼式绕组三场耦合仿真模型,仿真计算饼式绕组的温度场分布和变压器油的运动特性.最后结合三场间的耦合理论公式对仿真结果进行了合理性分析验证.结果表明:提出的建模方法和所建的三场耦合仿真模型能有效地考虑三场间的耦合作用,从而提高计算结果的精确性,而且其计算时间在工程应用范围内可接受.
  • 童亦斌,王旭婷,王静,刘毅
    北京交通大学学报. 2020, 44(4): 150. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.20190131
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    针对民用低压直流供电系统接地方式的选择,首先以人体电流效应为标准,梳理了触电事故的主要原因、影响因素和触电事故情形,结合常用安全防护措施的特点和局限性,分析了在TN接地方式和IT接地方式下典型触电事故的危险性.然后采用层次分析法建立系统安全防护性能量化评价指标;最后通过量化对比和分析,验证了在民用领域,相比TN接地方式,IT接地方式的安全防护性能更高.