2018年, 第42卷, 第6期　刊出日期：2018-12-29

  

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土木建筑工程
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  临海隧道混凝土结构耐久性和使用寿命研究

  刘强，黄绵松，金峰

  北京交通大学学报. 2018, 42(6): 1. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.06.001

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  通过模拟临海碳化环境和硫酸盐侵蚀环境，对不掺掺和料(P)、单掺粉煤灰(M)和复掺粉煤灰和矿渣(N)三种配合比混凝土进行了相关耐久性试验，研究了碳化后、硫酸盐侵蚀后、碳化和硫酸盐耦合作用下，不同配合比混凝土抗水渗透、抗氯离子渗透和抗压强度变化规律.研究结果表明：1）碳化后，混凝土的抗水渗透能力变强，抗氯离子渗透的能力降低，抗压强度增加，混凝土氯离子扩散系数和抗压强度与碳化深度呈幂函数关系.2）在硫酸盐侵蚀过后，混凝土的抗水渗透能力变弱，抗氯离子的渗透能力降低，抗压强度增加（跟56 d比较），硫酸盐浓度从0.5%、5%、15%依次增大时，抗压强度增幅减小；3）在碳化和硫酸盐的耦合作用下，混凝土抗氯离子的渗透能力降低，抗压强度值增加.以拱北隧道暗挖段钢筋混凝土衬砌结构为背景，对混凝土结构进行使用寿命预测，研究发现N配合比结构混凝土（保护层厚度0.06 m）使用寿命为352 a，使用寿命最长，其次是M，最小为P.
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  岩土材料非线性本构模型的开发与验证

  张良以，陈铁林，张顶立，安非

  北京交通大学学报. 2018, 42(6): 9. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.06.002

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  在增量塑性理论框架下，开发一种适用于岩土材料的非线性数值本构模型，利用开发的模型模拟三轴压缩试验、单轴拉伸试验及三轴拉压组合试验，并与室内试验结果和常用理论模型计算结果进行对比分析.结果表明：本文模型能够更有效地反映岩土体材料压缩、拉伸、压缩到反向拉伸、应变软化及循环加卸载状态，并通过单参数调节实现曲线形式由线性到双曲线的转变，弥补了现有模型的不足.
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  桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路伸缩力影响因素分析

  张鹏飞，桂昊，高亮，雷晓燕

  北京交通大学学报. 2018, 42(6): 15. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.06.003

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  基于有限元法建立桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路精细化空间耦合模型，计算温度荷载作用下桥梁及轨道结构的伸缩力与位移，分析不同梁体温差、扣件纵向阻力、温度跨度、支座布置形式及相邻简支梁配跨数的影响.结果表明：桥梁及轨道结构的伸缩力与位移都随着梁体温差和温度跨度的增加而增大，且增幅明显；采用小阻力扣件时需要避免轨板相对位移过大而导致轨下胶垫滑出；对桥上无缝线路进行轨道结构和桥梁墩台检算时，可将连续梁两端相邻简支梁配跨数进行适当简化，以提高计算效率.
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  某高速铁路路隧过渡段变形特点及机理分析

  胡国平，郑明新，范亚坤，钟亮根

  北京交通大学学报. 2018, 42(6): 24. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.06.004

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  针对某高速铁路路隧交界段出现的隧道衬砌开裂、轨道板横向水平错台等病害，综合地形地貌和水文地质条件，采用数值分析的方法对线路的变形特点进行分析，并将数值分析结果与现场监测结果进行对比，证明了计算结果的准确性.研究结果表明：线路变形的区域主要为明洞前端和路基段，桥梁的病害由路基挤压所致；降雨是此线路发生变形的主要诱因，降雨入渗导致全风化云母石英片岩软化，造成低山侧土体抗力不足，引起明洞及路基变形，并推挤桥台。根据分析的变形特点制定了大直径抗滑桩与树根桩相结合并加强防排水措施的抗滑方案，施工后监测的变形值不再增加.
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  有孔管桩单桩承载性状有限元分析

  乐腾胜，柯宅邦，雷金波，梁荣柱，张涛，杨金尤

  北京交通大学学报. 2018, 42(6): 32. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.06.005

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  桩身开孔会影响管桩承载力性状，削弱桩身承载力.为研究桩身开孔对管桩承载性状的影响，采用三维有限单元法，得到了静载试验下有孔管桩单桩桩身响应，监测了无孔管桩和3种不同对称布孔方式的有孔管桩竖向荷载作用下桩顶沉降量和桩身应力，分析了有孔管桩桩顶沉降、桩身轴力及桩侧摩阻力分布等规律，并与无孔管桩进行对比.最后分析对比了有孔管桩单桩室内模型静载试验，结果与数值模拟结果，发现两者基本吻合.桩壁开孔方式将影响桩顶的沉降量及桩身轴力分布，按照星状布孔的方式在桩壁开孔是桩壁开孔位置的最优分布方式.
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  复合垂直流人工湿地处理生活污水的试验研究

  范英宏

  北京交通大学学报. 2018, 42(6): 41. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.06.006

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  通过小试系统进行了复合垂直流人工湿地处理生活污水的试验研究，分析了水力负荷、进水溶解氧等因素对污水处理效果的影响.试验结果表明，随着水力负荷降低,化学需氧量、总氮、氨氮的去除率显著提高，总磷的去除率随着水力负荷降低而提高，但当水力负荷降低到100 mm/d以后总磷的去除率反而降低.湿地系统进水溶解氧浓度对化学需氧量和总磷的去除效果影响不大，但对总氮和氨氮去除效果影响显著，随着溶解氧浓度的增加，总氮和氨氮的去除率显著提高.湿地系统对化学需氧量和总磷的去除作用主要发生在第一级下向流湿地，而对总氮和氨氮的去除作用则在整个湿地系统两级湿地中连续进行.试验结果表明，通过优化湿地系统结构、水力负荷及曝气等条件，可以增强湿地系统的污水净化效果，用于处理铁路中小站区生活污水是可行的.
交通运输工程
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  基于BDD的铁路快运货物损失风险评估

  冯芬玲，阎美好

  北京交通大学学报. 2018, 42(6): 48. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.06.007

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  为了更科学地分析评估铁路快运货物在途安全风险，将二元决策图（Binary Decision Diagram，BDD）应用到风险故障树分析（Fault Tree Analysis，FTA）中，构建铁路快运货物损失风险评估模型.通过对快运货物损失情况统计，分析得出货物发生损失风险的直接因素，建立风险故障树.利用香农（Shannon）分解和ite结构选用合适的事件排序方法将故障树转化为BDD.以快运货物损坏风险为例，遍历BDD每个节点计算得出各底事件的概率(Birnbaum)测度和顶事件的发生概率，与FTA方法计算结果对比验证了该方法的正确性及在计算效率方面的优势.实验结果表明:包装质量、恶劣天气和货物对环境的高要求是导致铁路快运货物损坏的关键因素，并对此提出相应的改进措施.
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  基于效益最大化的高铁快巴票价与发车频率研究

  张英群，宋瑞，何世伟，殷玮川

  北京交通大学学报. 2018, 42(6): 55. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.06.008

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  高铁快巴基于乘客多样化需求而产生，旨在为选择高铁出行的乘客提供从高铁站直达目的地的高水平公交接驳服务.为提升乘客出行效益和社会效益，突出公共交通的公益性、集约性和绿色节能，结合高铁乘客的SP调查结果，从系统的角度出发，以社会效益和乘客效益最大化为目标，以企业成本为约束，建立基于乘客出行意愿的二元非线性模型，并利用lingo进行了求解.以北京南站开行的高铁快巴为案例,针对票价和发车频率进行了研究，并分析了分时段发车频率的确定方法.研究表明：相比于现状，优化后能够平均提升5%的综合效益，对实际的运营具有一定的指导意义.
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  基于概率占优的C-Logit随机交通分配模型

  张文义，李之，李红莲，钟涵

  北京交通大学学报. 2018, 42(6): 61. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.06.009

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  在引入一种新的路径相关性指标基础上,构建了C-Logit概率占优用户均衡(PdUE)模型，给出了其等价形式，C-Logit-PdUE模型不仅保持了原有Logit-PdUE模型的良好数学结构和性质，而且还能合理处置路径叠加问题，最后，借助数值算例对模型参数进行了灵敏度分析，算例结果显示路径叠加问题对交通分配结果影响显著.
机械与电子控制工程
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  基于全轮差动转向的虚拟轨道汽车列车设计

  孙帮成，王文军，刘志明，崔涛，李明高

  北京交通大学学报. 2018, 42(6): 67. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.06.010

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  为提高城市公共交通系统客流运输效率以满足城市居民生活与工作的出行需求，对新型城市客流载运工具结构及其运动控制方法进行研究.首先，综合轨道列车和传统汽车结构优势，提出具有大容量、自导向的虚拟轨道汽车列车架构；然后，对其基本参数和动力驱动方案进行设计，使虚拟轨道列车可灵活运行在复杂的城市空间；接着，提出虚拟轨道汽车列车的差动转向控制方法，以降低虚拟轨道汽车列车驾驶操作难度和实现车辆的自动驾驶功能；最后，搭建了虚拟轨道汽车列车的原理样车，对虚拟轨道汽车列车的差动转向控制方法的效果进行测试.实验结果表明：设计的基于全轮差动转向的虚拟轨道汽车列车控制方法，可控制车辆沿目标路径行驶，提出的具有大容量和自动驾驶功能的虚拟轨道汽车列车可运行于空间有限的城市道路，为城市公共交通车辆的开发提供参考.
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  基于加权改进D-S证据融合理论的地铁车辆转向架轴承故障诊断方法

  王远霏,裴春兴,孙海荣

  北京交通大学学报. 2018, 42(6): 75. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.06.011

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  地铁车辆转向架轴承的故障诊断方法大多采用振动、温度、声信号等单一物理量作为信息来源，存在智能诊断准确率低、可靠性差等问题.提出基于D-S证据融合理论的智能故障诊断方法.该方法以轴承运行中的振动加速度信号和温度信号为基本信息来源，采用加权改进D-S证据理论融合算法，诊断轴承健康状态，并在发生故障时判断故障类型.为了验证该诊断方法的可行性和有效性，以硬件装置为载体，基于轴承故障试验平台，对某型号地铁列车转向架故障轴承进行测试.试验结果表明：该轴承故障诊断方法能有效地诊断轴承的故障状态和故障类型.
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  C80E车体局部不对称结构与关键焊缝应力分布相关性研究

  刘文飞,刘志明,林莉,薛利

  北京交通大学学报. 2018, 42(6): 83. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.06.012

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  铁路通用敞车车体局部结构不对称是大横梁焊缝出现疲劳裂纹的主要因素.以C80E型敞车车体为研究对象,对局部不对称结构与底架大横梁焊缝应力分布的相关性进行了研究.首先通过对比车体1/4模型与局部结构模型的有限元计算结果,确定较为合理的车体局部仿真模型;其次根据侧柱1与侧柱2不同位置的组合建立了30个局部仿真模型,由仿真结果形成的大横梁焊缝应力分布簇可明显看出,大横梁焊缝的应力极大值基本上分布在内补强座、隔板1、隔板2三个部位,其中内补强座处的应力对侧柱位置的调整最为敏感;最后分别采用皮尔逊相关系数与复相关系数对内补强座处应力与侧柱位置的相关性进行了度量,结果表明:大横梁焊缝2在内补强座处应力与侧柱位置的相关性相对较强.
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  轴箱定位节点有限元分析及试验研究

  卢翀，戴贤春，董博，曹玉，王超

  北京交通大学学报. 2018, 42(6): 91. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.06.013

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  以国内某一高速动车组转向架用轴箱定位节点为研究对象，基于橡胶材料试样的单轴拉伸、双轴拉伸、平面剪切等试验数据拟合出材料模型常数，分别选取Mooney-Rivlin与Ogden橡胶材料本构模型进行有限元计算；基于有限元分析软件Abaqus对轴箱定位节点的径向刚度及轴向刚度进行仿真计算，并通过试验的方式论证有限元计算结果的准确性.根据有限元计算的结果与试验结果的对比得到：对于径向刚度，由于变形较小，通过Mooney-Rivlin与Ogden模型计算得到的结果与试验值均较接近，误差在3%左右；对于轴向刚度，变形稍大，通过Ogden模型计算得到的结果与试验值更加接近.
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  基于有色Petri网的测试案例生成方法及其CTCS-3车地通信中的应用

  赵天时

  北京交通大学学报. 2018, 42(6): 97. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.06.014

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  CTCS-3级列控系统作为高速铁路的中枢神经系统，是典型的安全苛求系统.对安全苛求系统进行有效测试是提高系统安全性的重要手段.鉴于车地通信在列控系统中的重要性，提出一套基于有色Petri网的车地通信测试案例的生成方法.参考CTCS-3级列控系统技术规范，构建车地通信流程的有色Petri网模型，生成状态空间并搜索到达目标状态的路径，在路径的基础上自动生成测试案例.通过对比使用有色Petri网自动生成和现有的测试案例，验证了测试案例生成方法的正确性，提高了测试案例生成方法的自动化程度，为基于模型的系统测试提供了参考.
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  初级横向偏移时直线电机的特性分析

  林庸,吕刚,周桐,张贤

  北京交通大学学报. 2018, 42(6): 104. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.06.015

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  基于直线电机初、次级发生横向相对偏移时，会造成气隙磁密、涡流、力等性能参数的畸变问题，对直线感应电机进行了研究，建立了直线感应电机三维有限元模型.为了分析横向偏移的影响，利用3D有限元法对电机内的电磁场和次级铝板上的涡流分布进行了精确计算，得到了磁场、涡流和力在铝板表面上的分布，从而得出畸变程度会随着偏移量的增加而逐渐加剧的结论.为了量化畸变程度，提出了电流密度纵向分量畸变率、磁密法向分量畸变率和侧向力畸变率，并对各畸变量进行了计算分析，最后定性分析了发生横向偏移时,电机产生纵向转矩的原因.仿真结果表明：上述物理量的畸变程度随偏移量的变化近似成线性增加.
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  可变刚度的四足机器人被动柔顺脊柱设计与应用

  张秀丽,谭小康,吴海波

  北京交通大学学报. 2018, 42(6): 111. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.06.016

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  为提高四足机器人的运动性能，从仿生学出发，通过对猎豹的脊柱结构和躯干运动特征进行研究，设计一款刚度可调的四足机器人被动柔顺脊柱——“四叶草”脊柱.在此基础上，为了研究“四叶草”脊柱对四足机器人运动过程中的速度、足端力和转弯半径的影响，搭建了具有“四叶草”脊柱的仿生四足机器人样机——DCatⅡ，并进行了跳跃（bound）步态下的奔跑运动实验和转弯运动实验.实验结果表明，被动柔顺脊柱能够减小DCatⅡ运动过程中的足端力；在脊柱整体刚度为681 N/m时，DCatⅡ的稳定运动速度最高，为0.92 m/s；脊柱在偏转（yaw）方向的刚度值越大，DCatⅡ运动的转弯半径越大.
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  偏导射流阀前置级液动力试验台设计与研究

  李竞,延皓,董立静,李磊

  北京交通大学学报. 2018, 42(6): 119. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.06.017

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  为找到干扰偏导射流伺服阀正常工作的因素，对偏导阀前置级射流喷嘴到偏导板V形槽之间的流场进行分析.利用动量定理，建立前置级V形槽斜面受冲击时的受力模型并确定前置级液动力随偏导板位移变化的关系式.针对偏导阀前置级液动力的测量难题，设计一套高精度的前置级液动力测试平台.基于该测试平台，采用特定的液动力测试方法，最终可达到对前置级液动力进行间接测量的目的.结果表明：前置级液动力的测试值与计算值一致，即V形槽斜面受冲击时的液动力随偏导板位移的增加而逐渐增大，证明了计算方法与测试实验台的可行性.为该类伺服阀的结构设计和参数优化提供参考.
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  砂带磨削静态接触理论建模与有限元仿真

  李建勇,程继发,樊文刚,吕洪宾

  北京交通大学学报. 2018, 42(6): 125. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.06.018

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  针对砂带表面磨粒与工件微观静态接触行为问题，提取了砂带表面形貌特征并重建，基于赫兹接触理论建立了包含打磨压力、压入深度、磨粒刃端曲率半径、攻角等参量的静态接触理论模型，研究了磨粒与工件表面接触区域和接触应力分布规律.通过有限元仿真对不同打磨压力下的接触应力、接触面积和压入深度进行了分析和模型验证.结果表明:在一定误差范围内仿真值与理论值吻合，验证了理论模型的正确性和有效性；磨粒与工件表面接触应力、接触面积和压入深度随打磨压力的增大而增大并于250 N时趋于稳定，同样接触磨粒数目逐渐增多并趋于稳定.
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  压缩机中间补气热泵技术在内蒙古严寒地区供暖中的理论与应用

  李晓雁

  北京交通大学学报. 2018, 42(6): 131. https://doi.org/10.11860/j.issn.1673-0291.2018.06.019

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  通过建立补气过程的刚性容器绝热理论模型，对采用压缩机中间补气技术的低环境温度空气源热泵机组的基础能效进行了计算分析.同时，对采用压缩机中间补气技术的低环境温度空气源热泵在内蒙古严寒地区供暖中的实际应用情况进行了描述和分析，并对不同热源在节能、环保和经济效益等方面的特点进行了对比.结果表明：采用压缩机中间补气技术，可以有效解决低温条件下空气源热泵排气温度升高、制热量减少和能效比降低的问题，其可以应用于类似内蒙古严寒地区的冬季供暖.