高速鐵路服役狀態(tài)智能感知與綜合監(jiān)測(cè)結(jié)題摘要

針對(duì)高速鐵路無縫線路中軌道、路基、橋梁等在長(zhǎng)期運(yùn)營(yíng)過程中會(huì)發(fā)生服役性能變化的問題，項(xiàng)目對(duì)反映線路健康狀態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)和性能指標(biāo)開展了監(jiān)測(cè)和研究。其中重點(diǎn)針對(duì)軌道應(yīng)力的分布演化機(jī)制，通過綜合運(yùn)用機(jī)理分析和數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)等建模手段，開展了復(fù)雜運(yùn)營(yíng)條件下無縫線路力學(xué)特性演變的基礎(chǔ)理論研究以及多手段融合的軌道設(shè)施安全狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法的研究。 為了描述高速列車及無縫線路的動(dòng)態(tài)耦合過程以及累積效應(yīng)和其它環(huán)境因素造成的參數(shù)長(zhǎng)期演變過程，首先建立了基于統(tǒng)一數(shù)學(xué)模型和有限元模型的系統(tǒng)仿真平臺(tái)，包括車輛-軌道-路基/橋梁的耦合動(dòng)靜態(tài)模型以及針對(duì)長(zhǎng)大線路跨區(qū)域溫度載荷的空間多尺度模型。率先從理論上提出了軌道固有振動(dòng)特性關(guān)于軌道縱向應(yīng)力的精確解析形式，得到了鋼軌溫度應(yīng)力對(duì)車軌動(dòng)態(tài)響應(yīng)的影響規(guī)律。提出了計(jì)算大型結(jié)構(gòu)平均性能參數(shù)的漸進(jìn)均勻化方法，應(yīng)用于鐵路橋梁空間多尺度混合模型的建立中，解決了長(zhǎng)大線路應(yīng)力分布的仿真問題?；诜抡嬗?jì)算平臺(tái)，開展了局部設(shè)備參數(shù)老化與整體線路綜合性能之間影響關(guān)系的基礎(chǔ)理論研究。研究了復(fù)雜運(yùn)營(yíng)條件下長(zhǎng)大橋梁無縫線路的力學(xué)行為，分析了復(fù)雜荷載作用下小阻力扣件失效、基礎(chǔ)沉降等多種基礎(chǔ)設(shè)施病害發(fā)生、演變規(guī)律。分析并確定了服役狀態(tài)敏感指標(biāo)及感知區(qū)域，提出了軌道系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)內(nèi)容和測(cè)點(diǎn)布置方案，在京滬高速鐵路建立了實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)工點(diǎn)，基于多手段智能融合的監(jiān)測(cè)方法實(shí)現(xiàn)了結(jié)構(gòu)服役狀態(tài)由內(nèi)至外的綜合評(píng)價(jià)。 根據(jù)溫度應(yīng)力對(duì)不同頻次鋼軌振動(dòng)的影響特點(diǎn)，提出了基于低頻車輛動(dòng)態(tài)響應(yīng)的車載鋼軌應(yīng)力連續(xù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和基于高頻超聲導(dǎo)波的地面鋼軌完整性檢測(cè)系統(tǒng)，開發(fā)了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、遺傳算法等智能方法的應(yīng)力參數(shù)估計(jì)方法，分別應(yīng)用于快速車載檢測(cè)、地面固定監(jiān)測(cè)、移動(dòng)式重點(diǎn)巡檢等多種軌道健康狀態(tài)檢測(cè)方案。并在多條實(shí)際線路上推廣應(yīng)用，其中安裝在大西高速鐵路現(xiàn)場(chǎng)試用的無縫線路鋼軌完整性和應(yīng)力檢測(cè)裝置可實(shí)現(xiàn)2.5km區(qū)間無縫線路的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。 2100433B

高速鐵路是一個(gè)復(fù)雜動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，其組成設(shè)備在服役期始終處在動(dòng)態(tài)的變化過程中。因此，準(zhǔn)確感知和綜合監(jiān)測(cè)高速鐵路設(shè)備服役狀態(tài)是確保健康平穩(wěn)運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)。本項(xiàng)目以車路耦合關(guān)系這一影響高速鐵路安全的核心問題為切入點(diǎn)，通過研究跨多氣候帶無縫線路在長(zhǎng)期服役過程中的狀態(tài)演變過程，建立全新的分布參數(shù)式服役狀態(tài)模型，描述高速列車及無縫線路的動(dòng)態(tài)耦合過程以及累積效應(yīng)和其它環(huán)境因素造成的參數(shù)長(zhǎng)期演變過程。以此為基礎(chǔ)，重點(diǎn)研究復(fù)雜分布參數(shù)系統(tǒng)的狀態(tài)感知算法，采用車、地自檢和互檢等多種檢測(cè)方式，并在不同時(shí)間和空間尺度上重構(gòu)和簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型，開發(fā)線性與非線性混合濾波器算法，實(shí)現(xiàn)無縫線路應(yīng)力分布、平順度、剛度、阻尼以及高速列車舒適度、脫軌系數(shù)等重要參數(shù)的智能感知。同時(shí)，開展綜合監(jiān)測(cè)網(wǎng)優(yōu)化方法、設(shè)備服役狀態(tài)綜合評(píng)估方法研究，結(jié)合基于環(huán)形鐵道試驗(yàn)基地和京滬高鐵的驗(yàn)證研究，為發(fā)展我國(guó)高速鐵路設(shè)備服役狀態(tài)綜合監(jiān)測(cè)理論奠定基礎(chǔ)。

無縫線路服役狀態(tài)監(jiān)測(cè)是高速鐵路安全監(jiān)測(cè)中的一項(xiàng)重要環(huán)節(jié)，《高速鐵路無縫線路服役狀態(tài)監(jiān)測(cè)理論與實(shí)踐》針對(duì)無縫線路服役狀態(tài)監(jiān)測(cè)中的鋼軌溫度應(yīng)力、鋼軌完整性、路基沉降、軌道不平順和砂漿脫空等監(jiān)測(cè)內(nèi)容，系統(tǒng)地介紹了其理論建模、移動(dòng)監(jiān)測(cè)和地面監(jiān)測(cè)方法，相關(guān)理論和方法在高鐵現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)踐和應(yīng)用，形成了一整套適用于我國(guó)高速鐵路無縫線路服役狀態(tài)監(jiān)測(cè)的理論方法和技術(shù)體系。

目錄

前言

第1章緒論1

1.1高速鐵路技術(shù)與裝備體系1

1.1.1高速鐵路固定設(shè)備1

1.1.2高速鐵路移動(dòng)設(shè)備3

1.1.3高速鐵路運(yùn)營(yíng)控制3

1.2高速鐵路運(yùn)營(yíng)安全要素分析3

1.2.1人員安全要素4

1.2.2機(jī)車車輛安全要素4

1.2.3線路安全要素4

1.2.4環(huán)境安全要素4

1.2.5管理安全要素5

1.3無縫線路服役狀態(tài)對(duì)鐵路運(yùn)營(yíng)安全影響的分析5

1.3.1無縫鋼軌溫度應(yīng)力5

1.3.2軌道不平順6

1.3.3無縫線路服役狀態(tài)綜合監(jiān)測(cè)方法7

1.4本書主要內(nèi)容8

參考文獻(xiàn)10

第2章無縫線路服役狀態(tài)演變理論與建模11

2.1無縫線路的研究背景11

2.1.1橋上無縫線路基礎(chǔ)理論與模型的發(fā)展11

2.1.2梁、軌縱向相互作用機(jī)理簡(jiǎn)介16

2.1.3長(zhǎng)大線路應(yīng)力分布模型的建立20

2.2長(zhǎng)大線路無砟軌道應(yīng)力分布模型26

2.2.1橋梁軌道結(jié)構(gòu)的多尺度有限元模型27

2.2.2根據(jù)均勻化理論估算宏觀性能31

2.2.3利用多尺度線路模型進(jìn)行應(yīng)力計(jì)算的數(shù)值方法39

2.2.4試驗(yàn)對(duì)比以及計(jì)算結(jié)果分析42

2.3鋼軌縱向應(yīng)力作用下的車輛軌道動(dòng)力響應(yīng)分析56

2.3.1縱向應(yīng)力影響下板式軌道模型的振動(dòng)特性56

2.3.2車軌耦合動(dòng)力學(xué)模型61

2.3.3動(dòng)態(tài)響應(yīng)的數(shù)值分析63

參考文獻(xiàn)70

第3章無縫線路服役狀態(tài)地面監(jiān)測(cè)方法73

3.1無縫線路應(yīng)力檢測(cè)技術(shù)73

3.1.1背景與研究現(xiàn)狀73

3.1.2超聲導(dǎo)波技術(shù)75

3.1.3半解析有限元方法78

3.1.4仿真與分析82

3.2無縫線路完整性檢測(cè)技術(shù)96

3.2.1背景與研究現(xiàn)狀96

3.2.2技術(shù)方案98

3.2.3實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證103

3.3路基沉降檢測(cè)方法107

3.3.1研究現(xiàn)狀107

3.3.2基于PSD技術(shù)的檢測(cè)方案109

3.3.3路基沉降檢測(cè)裝置113

3.3.4實(shí)驗(yàn)與分析117

參考文獻(xiàn)125

第4章無縫線路服役狀態(tài)移動(dòng)檢測(cè)方法128

4.1軌道交通線路全斷面與形變檢測(cè)技術(shù)128

4.1.1基于車路振動(dòng)模型的慣性基準(zhǔn)測(cè)量128

4.1.2線路全斷面動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用165

4.2基于車輛動(dòng)態(tài)響應(yīng)的軌道幾何不平順智能估計(jì)176

4.2.1基于微種群遺傳算法和車軌耦合模型的軌道幾何不平順估計(jì)176

4.2.2基于UKF的軌道動(dòng)態(tài)不平順估計(jì)優(yōu)化193

4.3軌道剛度參數(shù)突變識(shí)別算法200

4.3.1基于支持向量機(jī)和車輛動(dòng)態(tài)響應(yīng)的軌道剛度不平順估計(jì)200

4.3.2基于車輛動(dòng)態(tài)響應(yīng)的CA砂漿脫空智能檢測(cè)218

4.4基于車軌動(dòng)態(tài)響應(yīng)的鋼軌應(yīng)力識(shí)別算法227

參考文獻(xiàn)2322100433B

超前感知綜采工作面頂板來壓及發(fā)生局部冒頂、壓架等事故的風(fēng)險(xiǎn)，自主評(píng)價(jià)初撐力、工作阻力等支護(hù)參數(shù)的適應(yīng)性，是提高綜采工作面安全性、生產(chǎn)效率以及智能化開采水平的重要基礎(chǔ)。當(dāng)前國(guó)內(nèi)外在通過挖掘電液控制液壓支架海量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)以反映支架與頂板狀態(tài)方面的研究仍然不足。項(xiàng)目圍繞綜采工作面支架與頂板狀態(tài)智能感知的核心科學(xué)問題，基于兩柱式電液控制液壓支架采集的海量阻力監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，結(jié)合大數(shù)據(jù)挖掘及工作循環(huán)分析技術(shù)，提取包括支架工作循環(huán)各承載階段增阻速率、安全閥開啟及活柱下縮特征等在內(nèi)的多因次工作循環(huán)特征參數(shù)；進(jìn)而研究在時(shí)間、地質(zhì)、支架自身特性等多種因素影響下的單臺(tái)支架承載特征及支架群組載荷轉(zhuǎn)移分布規(guī)律；在深入解讀支架阻力及活柱下縮時(shí)序曲線所蘊(yùn)含的支架與圍巖相互作用關(guān)系的基礎(chǔ)上，建立基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及決策樹理論的支架與頂板狀態(tài)智能感知模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)支架與頂板狀態(tài)的智能感知。 2100433B