2014年, 第38卷, 第1期　刊出日期：2014-02-15

  

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土木工程
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  大型海底隧道钻爆法修建关键技术

  张顶立;房倩;陈铁林

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 1. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.001

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  针对海底隧道建设和运营中的突出问题,以工程安全和排水量控制为核心,对其关键技术进行了系统的研究和实践.限于通道两岸接线的条件,提出了“极限顶板厚度”的概念,使隧道纵断面位置的选择更加自如;基于精细化的地质勘察,提出了物探与钻探相结合,以钻探为主的超前探测方法;针对海底隧道施工对围岩稳定和堵水的双重要求,提出了“复合注浆”的新理念,并形成了相应的周边帷幕注浆技术;通过对地层变形及动态演化过程的研究,建立了施工扰动下海床安全状态与隧道围岩变形的量化关系,制定了保证隧道安全性的围岩变形控制标准;提出了隧道原始渗
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  浅埋暗挖车站上穿施工影响的既有隧道变形规律

  王剑晨;张顶立;张成平;于富才

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 8. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.002

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  北京地铁5号线东单站近距离垂直上穿既有1号线地铁区间隧道.对既有隧道底板实测位移进行研究,分析受浅埋暗挖车站上穿施工影响的既有隧道变形规律.结果表明:受新建车站上穿施工扰动,既有隧道呈上浮变形且无明显扭转现象;采用Peck公式对既有隧道底板上浮变形进行拟合,结果与实测值较吻合,说明在上穿施工扰动下既有隧道变形与天然地层变形类似,符合Peck曲线变形规律;拟合得到地层损失率为0.034;～0.097;,地表处沉降槽宽度系数值为0.34～0.68.
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  大直径盾构下穿北京机场快轨高架桥梁的安全控制技术

  郭玉海;李兴高

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 13. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.003

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  为研究在地铁隧道掘进过程中,大直径盾构下穿北京机场快轨高架桥梁的安全控制技术,基于数值模拟、室内实验及实际工程分析的方法,通过数值模拟软件建立了盾构下穿高架桥各个阶段的计算模型,由室内实验得出了适用于大直径盾构的添加剂参数,并通过实际工程中盾构掘进情况的反馈,得出了适用于下穿高架桥梁的盾构掘进参数.最后通过监测点的布置、量测及分析,得出了盾构穿越引起结构变形分为4个阶段,可为类似条件下的盾构掘进控制安全管理提供参考.
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  以施工现场废弃混凝土作为骨料的再生混凝土性能探讨

  孙连波;葛大勇;任福民;梁锐;王政;郝慧明

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 20. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.004

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  利用现场废弃混凝土作为再生骨料材料制备再生骨料混凝土,是技术发展、资源节约的客观需要.在实现和易性要求的前提下,满足强度和耐久性要求,提出采用施工现场废弃混凝土作为再生骨料,替换70;以下的天然骨料,可以配置比设计强度低一个标号的混凝土,其抗压强度和劈裂强度均满足要求.采用C40混凝土配比,可以生产出C35混凝土;采用C30混凝土配比,可以生产出C25混凝土.
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  再生骨料混凝土的微观形态特征及能谱

  孙连波;任福民;葛大勇;梁锐;王政;郝慧明

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 24. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.005

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  利用扫描电镜(SEM)和能谱(EDX)结合联用技术,观察以施工现场废弃混凝土作为再生骨料材料制造的混凝土微观形态特征,分析其主要组成元素、质量分数及再生骨料性质对混凝土性能影响的机理.结果表明:颗粒的形态多样,以不规则形态居多;不同粒径颗粒之间存在逐级吸附的现象;试件断裂界面成分主要是碳酸钙和碳酸镁;圆形透明小颗粒以氧化铝和氧化硅为主的粉煤灰构成;花朵和不规则束团状为还没完全水化的水泥成分,主要以硅酸三钙和铝酸钙及铁铝酸钙为主.
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  不同地区污水处理厂进出水浓度及削减量对能耗的影响

  任福民;梁锐;蒋勇;毛联华;阜葳;杨柳;孟岩;向杰;郝慧明

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 29. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.006

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  采用描述统计等方法,对我国1 441座城市污水处理厂2011年的污水进出水浓度、削减处理量和污染物去除量等进行统计.分析现阶段我国城市污水处理厂在进出水状况、处理量、能耗等方面的总体情况.研究表明:不同地区间能耗值的差异,实质是污染物削减浓度差异造成的.
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  城市污水处理厂运行能耗影响因素分析

  蒋勇;阜葳;毛联华;任福民;杨柳;向杰;梁锐;郝慧明;王政

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 33. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.007

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  采用描述统计、聚类分析、非参数检验等方法,对我国1 441座城市污水处理厂2011年的能耗状况及影响因素进行了统计分析和定量规律识别.目前我国城市污水处理厂平均电耗为0.292 kW· h/m3,有87;以上的污水处理厂电耗不超过0.480 kW· h/m3.对污水厂处理工艺、设计规模、实际排放标准等对能耗影响规律的分析结果表明:相同工艺、相同出水标准、不同规模的污水处理厂,其规模越大,能耗越小;相同工艺和规模的污水处理厂,单位水量电耗和单位耗氧污染物削减电耗都随排放级别的提高而增加.
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  铁路运输行业主要污染物的控制管理体系

  任福民;郝慧明;尹守迁;丁巍;王政;王心峰

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 38. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.008

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  通过对各铁路局同一年度数据横向比较和同一铁路局不同年度数据纵向比较,分析近5年我国铁路运输行业主要污染物排放的总体情况及与总换算运输周转量之间的规律,并预测“十二五”铁路污染物排放趋势,提出用废水排放量、化学需氧量COD排放量、石油类排放量、NOx排放量、工业用水总量、工业新鲜用水量、工业重复用水量、重复用水系数等指标均除以总换算运输周转量,以构成单位运输量的各种主要污染物的排污系数作为铁路主要污染物监测管理体系指标,通过频数分析确定上级部门监管铁路主要污染物排放的警戒上限值.
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  煤制气废水处理超滤膜污染研究

  邹雪;李进

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 43. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.009

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  采用实验室自制超滤膜装置处理碎煤加压煤制气废水二沉池出水,通过考察膜通量Jv衰减、目标污染物去除率、Jv随时间t的模型拟合及膜表面污染物质,探究处理污染规律.结果表明:5种工况下膜通量Jv先显著下降后达到稳态,其中工况5通量下降最大达35.7;,而且进水压力PF越大越先达到稳态.对比5种工况下PS超滤膜过滤纯水和煤制气废水的Jv值可以看出,过滤煤制气废水时Jv随PF呈现非线性增长且逐步接近一个定值,推断形成了滤饼层污染.模型拟合结果显示滤饼层沉积模型可以很好描述滤饼层形成的两个阶段,即在滤饼层形成初期,污
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  高速铁路路基不均匀沉降的动力学识别

  蔡小培;单文娣;魏金彩

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 49. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.010

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  高速铁路路基不均匀沉降直接影响列车的动力特性.本文建立了车辆轨道路基空间耦合动力学模型,对沉降区车体振动、轮轨力、钢轨加速度和轨道板加速度等动力特性进行了分析.在车辆动力响应和轨道动力响应中,车体垂向振动加速度受路基不均匀沉降影响最为明显,且最有规律可循.将车体垂向振动加速度作为输入量,基于RBF神经网络对路基不均匀沉降的弦长和幅值进行识别,通过网络逼近性能和输出结果的训练不断优化神经网络模型,最后可得预测效果误差小于2;,可用于路基不均匀沉降的识别.
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  刘家峡桁架梁悬索桥的颤抖振时域分析

  李宇;车艳阳;王森

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 55. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.011

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  以刘家峡大桥为工程背景,建立了钢桁架梁悬索桥的有限元模型,采用改进谐波合成法模拟了脉动风荷载,结合大跨桥梁颤抖振分析的基本理论,计算了对应于桥梁各节点的静风力、抖振力和自激力.在此基础上,利用ANSYS参数化设计语言(APDL)编制了相应的计算程序,将计算所得的各类风荷载施加在全桥有限元模型的节点上,对刘家峡桁架梁悬索桥进行了颤抖振时域分析,以精确求解不同桥面基准风速下,桥梁各关键部位的抖振扭转角、抖振侧向位移、抖振竖向位移,进而研究了风速变化对悬索桥最大颤抖振响应的影响.与全桥模型风洞试验的对比结果表明
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  变速移动列车作用下轨道动力响应的解析解

  李克飞;刘维宁;韩志伟;张召

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 61. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.012

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  城市轨道列车在一半以上的线路内处于变速行驶状态.实测分析显示,列车进出站的振动及噪声问题不容忽视.为了研究进出站列车对周围环境的振动影响,基于轨道结构的周期性频域解析模型,从理论上建立了基于频域解析的变速车轨耦合模型,该系统考虑了整车模型、离散支撑轨道模型、轨道不平顺和轮轨赫兹接触等因素,整个求解过程在波数频率域内完成,该模型可以较好的分析轮轨间包括高频在内任意频率带宽的相互作用.同时还编制了完善的变速车轨耦合频域解析模型计算程序,通过计算结果与实测结果的对比,验证了计算程序的正确性,进而对影响变速移动列
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  汽车荷载作用下空心板桥空间动力冲击效应

  桂水荣;陈水生;万水

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 70. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.013

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  根据空心板桥结构特点,运用梁壳组合模型和铰接梁模型模拟空心板桥,考虑桥面不平顺影响,建立三维车桥耦合振动模型分析空心板桥动力特性,研究不同车速、行车道位置及路面状况对空心板桥冲击系数的影响,并将理论值与实测值进行对比.研究结果表明:空心板桥动力特性梁壳组合模型与实测值更接近;车速在12～16 m/s时,空心板桥位移冲击系数随速度有明显共振节拍,随着路面不平顺恶化,速度节拍影响不明显;位移冲击系数与应变冲击系数并不完全一致,跨中位移冲击系数略大于应变冲击系数,1/4位置应变冲击系数略大于位移冲击系数;实测与
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  枕下套靴硬化对预应力配筋弹性长枕强度影响

  赵磊;高亮

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 77. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.014

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  在对预应力混凝土轨枕进行强度计算时,通常将混凝土轨枕简化为梁单元或建立未施加预应力的混凝土枕空间有限元模型,这种方法无法体现轨枕在实际预应力配筋下的真实应力.本文建立了能够考虑轨枕实际截面尺寸和预应力配筋的新型计算模型,对预应力轨枕受力与变形进行了分析,并与未配筋情况的轨枕受力进行了对比,说明建立这种新型计算模型的必要性.利用新型计算模型,对地铁用长枕套靴式减振轨道枕下套靴硬化对轨枕强度影响的问题进行了分析,得出了枕中裂纹产生原因,并给出了套靴硬化的限值.
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  ETFE气枕共同作用模型的数值模拟与试验验证

  李鹏;杨庆山

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 83. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.015

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  基于气枕系统的共同作用理论,提出一种新的气枕数值建模方法,按照该方法建立了ETFE气枕共同作用有限元模型,并设计制作了一个正六边形ETFE气枕足尺模型,对其进行了形状测试和加载测试.研究结果表明:ETFE气枕形态分析与荷载分析的数值结果与试验结果吻合良好,共同作用有限元模型能够准确、有效地完成ETFE气枕静力分析.
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  高速铁路简支箱梁的温差控制

  周勇政;朱尔玉;李学民;钟明琳;杨建民

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 88. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.016

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  针对高速铁路简支箱梁施工过程因混凝土内外温差过大出现温度裂缝的问题,提出了箱梁预应力孔道通水和内腔通风的温差控制措施.确定了混凝土温度应力场仿真参数的取值,并通过温度场仿真结果与试验结果的对比,验证了参数取值的准确性.对自然养护状态下和温度控制措施下简支箱梁温度应力场进行仿真分析的结果表明:通过温差控制措施,简支箱梁混凝土的最大压应力由支点截面段的2.77 MPa降至跨中截面段的2.21 MPa,最大拉应力由支点截面段的1.255 MPa降至跨中截面段的1.00 MPa,从而有效控制温度裂缝的产生.我国规
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  国内外钢筋混凝土桥墩地震作用下抗剪计算方法对比

  雷帅;朱尔玉;刘驰昊

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 94. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.017

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  为了探讨国内外钢筋混凝土桥墩在地震作用下抗剪计算方法的不同,对比分析了国内外公路和铁路桥梁抗震设计规范相关条款.通过有限元截面应力分析软件Xtract对6组钢筋混凝土桥墩模型进行了计算分析.结果表明:相对于实测值,7种规范关于钢筋和混凝土共同提供的抗剪能力计算值是安全可靠的.建议墩柱的计算宽度应采用核心混凝土尺寸,不应单纯地以一个保守定值来衡量位移延性及轴向压力对混凝土抗剪能力的影响,应动态地把这两个因素考虑进去.
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  基于状态参量的饱和砂土剪胀性本构模型

  赵春雷;赵成刚;张卫华;高志华

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 99. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.018

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  现有的边界面模型多用临界状态区分松砂、密砂,但试验中,很难确定密砂的临界状态.本文以相变线(PTL)为参考线,引入以相变状态为基础的状态参量,将已有的边界面模型加以改进利j用状态参量的概念,可以准确判断砂土在初始时刻和任意时刻的变形趋势,而基于状态参量的剪胀比在相变点处仍等于零.无论是松砂还是密砂,或砂土从一种状态到另一种状态,基于状态参量的剪胀都能真实的模拟砂土的反应.研究结果表明,利用本文的模型参量得到的密砂三轴排水试验,模拟结果与试验结果相吻合,较好地反映了砂土的力学特征.
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  步行荷载作用下楼板振动响应分析

  王益鹤;杨娜

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 103. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.019

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  根据步行荷载曲线,采用APDL参数化语言编程,模拟单人步行,着重数值分析步行荷载特性,比较不同傅立叶级数项对结构响应的不同贡献,讨论其合理的计算取值;并研究不同步行频率作用下,楼板振动响应的规律.结果表明:合理选取傅立叶级数项,对步行荷载作用下楼板振动响应的正确评估至关重要.楼板振动响应的大小,主要取决于步行频率与楼板基频之间的关系.
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  厚钢板对接焊缝残余应力的数值模拟

  林升;杨娜

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 107. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.020

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  基于ABAQUS及其子程序DFLUX,采用热力间接耦合法,对不同厚度尺寸的Q345B厚钢板的对接焊缝进行了三维模拟分析,得到了焊接的温度场分布和最终焊接残余应力分布.结果表明:构件表面焊接残余应力大于中间面;表面纵向和横向残余应力都有一定的规律;对接焊缝沿纵向焊接残余应力随着板厚度的增加而增加,这种增加的趋势对厚度小于70 mm的钢板很明显,对70～80 mm的钢板不明显;而横向残余应力随钢板厚度的增加变化不显著.
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  门式刚架梁柱节点的合理计算

  冯海悦;冯东;朱莎;汪一骏

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 112. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.021

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  目前普遍采用的门式刚架斜梁与柱的连接端板及高强度螺栓的计算方法有较大的安全隐患,本文通过理论计算分析,提出改进建议,以便今后可安全合理地应用《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》.
机械与电子控制工程
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  飞行模拟器洗出算法的改进及实现

  郭盛;刘烨磊;曲海波;张晓飞

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 117. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.022

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  为了使飞行模拟器能够在有限的工作空间内为飞行员提供逼真的动感,针对Stewart运动平台,研究了与之相应的体感模拟算法(洗出算法).针对经典洗出算法存在的缺陷提出了相应的改进方案,同时基于Matlab-Simulink建立数学模型,在此基础上,做了飞行动作曲线的仿真和分析.通过对比分析改进前后的洗出算法,验证了改进后洗出算法的准确性和有效性.
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  激光参数对高强度不锈钢搭接焊接结构和断裂行为的影响

  刘伟;王松;宋慧娟;林基安;夏海涛;刘亚娇

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 122. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.023

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  通过焊接和拉伸试验及微观组织分析,研究了焊接参数对高强度301L-HT板搭接非熔透激光焊接接头结构、断裂行为和力学性能的影响.结果表明:激光焊缝的硬度为HV215,δ铁素体比电阻点焊少,热影响区硬度更接近于母材;焊缝几何结构对激光参数敏感,熔深变化的规律性更明显,特定部位的熔宽与焊接参数耦合有关;板材厚度相同的焊接接头变形刚度接近,焊缝的几何结构决定最后的变形和断裂行为,焊接内板的弯曲变形角度比外板大,两板的弯曲角度差随熔深增加而减小;焊接板弯曲角度和焊接强度随焊缝尺寸同步升高;焊缝硬度低于母材和热影响区
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  沙土热物理特性的影响因素实验

  陈梅倩;诸葛一然;卢太金;杨飞

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 128. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.024

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  沙土物性会直接影响土壤源热泵系统地埋管的换热特性,因此对沙土的热物理特性及影响因素展开实验研究,分析了含湿量、孔隙率等因素对沙土导热系数、比热容、导温系数等的影响规律.结果表明:同一孔隙率下,沙土随含湿量增加,其导热系数及比热容增大;导温系数在含湿量为5;时最大;同一含湿量下,沙土的导热系数和比热容随孔隙率提高呈线性减小,导温系数随孔隙率增大呈线性增大;在一定孔隙率下,导热系数、比热容随含湿量增大而呈线性增大;在含湿量大于5;时,导温系数随含湿量的变化呈线性降低.研究结果可以为土壤源热泵地埋管受周围土壤换
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  基于机器视觉的钢轨轨头非接触测量精度研究

  王纪武;张显文;高伟杰;廖方波;李建勇

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 132. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.025

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  采用基于机器视觉的三角测距原理和光取断面法,开发出将廓形上的激光点进行空间坐标转换的算法,消除了已有方法中借助标定板计算所带来的误差和操作的复杂性,提高了钢轨动态测量的精度和效率.开发了非接触式钢轨检测装置.通过对60轨打磨后轨廓的测量结果与标准廓形的分析比对,验证了开发系统的精度和性能.
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  白车身轻量化的一种混合优化策略

  吴作伟;方立桥;申辰威

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 136. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.026

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  以某轿车白车身为研究对象,综合考虑弯曲、扭转刚度和模态指标的性能要求,提出一种基于近似模型寻优和灵敏度分析统筹协调变量的混合优化策略.算法同时考虑构造近似模型与灵敏度,对模型进行全局最优化搜索及仿真验证,并根据灵敏度分析所得贡献率,适当调整变量取值,最终使白车身结构的轻量化达到7.51;.结果表明,混合优化策略能够明显提高白车身轻量化设计的效率.
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  基于Adams和Marc仿真的桥式起重机桥架结构机械性能研究

  冯超;张红伟

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 141. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.027

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  在对起重机的桥架结构进行多体动力学仿真分析中,采用多个连续小圆柱体通过轴套力连接构造绳索,确定了钢丝绳的柔性连接模型和刚度计算公式,通过多次仿真试验获得符合实际的绳索阻尼系数,实现了符合绳索机械特性的动力学仿真模型.建立了桥式起重机桥架结构的虚拟样机,研究了小车运行过程中桥架结构的受力情况,并提取出运动过程中其受力的最大值,结合Marc有限元仿真分析的方法对该桥式起重机桥架结构进行静态强度及刚度分析与校核,为在役桥式起重机的安全、可靠运行,也为该桥式起重机的设计优化提供了基础性分析.
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  电液伺服负载模拟器多余力补偿及控制策略

  张金英;赵英娜;延皓;李长春;孙萌

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 146. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.028

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  为了抑制多余力值,改善电液伺服系统加载精度与系统性能,在对正弦信号施力机构数学建模的基础上,提出了基于结构不变性原理的改进方案,利用驱动伺服机构位置反馈信号进行辨识,构造理想的速度补偿信号进行流量前馈补偿,抑制多余力,并利用最小二乘法在线辨识补偿信号修正相位有效地补偿了多余力.对正弦运动施力机构多余力的补偿提供了理论依据.
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  阀控非对称缸全状态反馈位置系统研究

  杨雪松;李长春;张锐;母东杰

  北京交通大学学报. 2014, 38(1): 153. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2014.01.029

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  根据非对称缸电液位置伺服系统的组成,对系统中的阀控非对称缸的数学模型进行了研究,得出基于全状态反馈的电液伺服系统的框图和仿真模型.控制器采用全维状态观测器实现状态反馈,以二阶工程最佳为优化目标.仿真结果表明:该控制器实现了液压位置伺服系统的极点配置,完成了优化目标,验证了全状态反馈控制应用在非对称缸电液伺服系统中的可行性.