无砟轨道CA砂浆脱空智能感知算法研究
发布时间：2023-04-17 02:05
无砟轨道以其稳定性高、刚度均匀性好、结构耐久性强、维修量少等优点在我国高速铁路中得到了广泛的应用。作为板式无砟轨道的重要组成部分,水泥沥青砂浆(Cement Asphalt Mortar,简称CA砂浆)层起到弹性调整作用,其状态性能直接影响无砟轨道使用的耐久性和维修工作量。由于无砟轨道长期受列车冲击和环境温度等因素影响,CA砂浆层难以避免会出现破损、脱空等病害,严重时会显著增加车辆和轨道之间的动态作用力,影响车辆运行的舒适度与安全性。目前尚缺少无砟轨道CA砂浆脱空的快速检测理论与方法,因此,系统研究CA砂浆脱空对车辆轨道动力学特性的影响规律,开发相应的CA砂浆脱空检测手段和智能感知算法,对于保证车辆运行安全、及时制定CA砂浆维修计划具有重要的理论价值和实践指导意义。本论文以CRTS II型板式无砟轨道CA砂浆脱空为切入点,建立了能够仿真CA砂浆任意脱空长度的车辆-轨道-路基耦合模型,研究了 CA砂浆不同脱空工况对车辆轨道动力学特性的影响规律,提出了基于车辆动态响应的无砟轨道CA砂浆脱空智能感知算法,能够实现基于运营车辆的CA砂浆状态巡检。论文包括以下主要内容:针对CA砂浆脱空和轨道不平...
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
中文摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 选题背景与意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 问题的提出与研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 无砟轨道CA砂浆研究现状
1.2.2 现有的CA砂浆脱空检测技术及研究现状
1.2.3 基于车辆振动信号的结构损伤识别方法
1.3 论文主要研究内容与章节安排
2 考虑CA砂浆脱空作用下的车辆-板式轨道动力学模型
2.1 翟婉明车辆-板式轨道动力学传统模型
2.1.1 车辆系统模型
2.1.2 板式无砟轨道模型
2.1.3 车辆轨道耦合关系模型
2.1.4 矩阵形式
2.2 车辆-板式轨道-路基耦合系统动力学改进模型
2.2.1 CA砂浆脱空模型
2.2.2 改进的轨道板模型
2.2.3 改进的混凝土支承层模型
2.2.4 改进模型的矩阵形式
2.3 轨道不平顺及其数值模拟
2.3.1 轨道不平顺功率谱
2.3.2 德国低干扰轨道谱
2.3.3 中国无砟轨道谱
2.3.4 轨道不平顺的数值模拟
2.4 车轨耦合动力学方程求解
2.4.1 数值积分方法
2.4.2 仿真条件
2.5 算例验证
2.6 本章小结
3 CA砂浆脱空对车轨耦合系统动力学特性的影响
3.1 CA砂浆脱空仿真工况
3.2 CA砂浆有无脱空的影响分析
3.2.1 车辆动力特性及轮轨力
3.2.2 轨道动力特性
3.2.3 动力学性能的评价标准
3.3 横向没有完全贯通工况下的CA砂浆不同横向脱空度的影响
3.3.1 车辆动力特性及轮轨力
3.3.2 轨道动力特性
3.4 横向完全贯通的CA砂浆脱空工况
3.4.1 不同纵向脱空长度的影响
3.4.2 不同脱空位置的影响
3.4.3 不同脱空组合的影响
3.5 其他条件对CA砂浆脱空特征的敏感性分析
3.5.1 列车运行速度的影响
3.5.2 轨道不平顺的影响
3.6 本章小结
4 基于车辆动态响应时频混合特征的CA砂浆脱空识别算法
4.1 CA砂浆脱空车载式检测方法
4.2 CA砂浆脱空信号的特征提取
4.2.1 时域特征
4.2.2 功率谱密度
4.2.3 小波包能量
4.2.4 高阶谱
4.3 基于PSO-SVM的CA砂浆脱空识别算法
4.3.1 支持向量机
4.3.2 基于粒子群优化算法的参数选择
4.3.3 特征提取信号识别结果分析及选择
4.4 不同条件下的CA砂浆脱空识别
4.4.1 不同的列车运行速度
4.4.2 不同轨道不平顺
4.4.3 不同信噪比
4.5 本章小结
5 基于TFA-MU融合的CA砂浆横向脱空度估计算法
5.1 CA砂浆横向脱空度估计的必要性及方法探讨
5.2 基于时频分析的CA砂浆横向脱空度估计
5.2.1 小波分析的基本理论
5.2.2 基于多尺度平均小波能量值的CA砂浆横向脱空度估计
5.2.3 蒙特卡洛模拟
5.3 基于模型修正的CA砂浆横向脱空度估计
5.3.1 基于改进的PSO算法估计CA砂浆横向脱空度的原理
5.3.2 估计结果分析
5.3.3 与其他优化算法的对比
5.3.4 不同条件下的CA砂浆横向脱空度估计
5.4 基于TFA-MU融合的CA砂浆横向脱空度估计
5.5 本章小结
6 结论
6.1 论文的主要创新点
6.2 研究工作展望
参考文献
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
本文编号：3792346
【文章页数】：140 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
致谢
中文摘要
ABSTRACT
1 绪论
1.1 选题背景与意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 问题的提出与研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 无砟轨道CA砂浆研究现状
1.2.2 现有的CA砂浆脱空检测技术及研究现状
1.2.3 基于车辆振动信号的结构损伤识别方法
1.3 论文主要研究内容与章节安排
2 考虑CA砂浆脱空作用下的车辆-板式轨道动力学模型
2.1 翟婉明车辆-板式轨道动力学传统模型
2.1.1 车辆系统模型
2.1.2 板式无砟轨道模型
2.1.3 车辆轨道耦合关系模型
2.1.4 矩阵形式
2.2 车辆-板式轨道-路基耦合系统动力学改进模型
2.2.1 CA砂浆脱空模型
2.2.2 改进的轨道板模型
2.2.3 改进的混凝土支承层模型
2.2.4 改进模型的矩阵形式
2.3 轨道不平顺及其数值模拟
2.3.1 轨道不平顺功率谱
2.3.2 德国低干扰轨道谱
2.3.3 中国无砟轨道谱
2.3.4 轨道不平顺的数值模拟
2.4 车轨耦合动力学方程求解
2.4.1 数值积分方法
2.4.2 仿真条件
2.5 算例验证
2.6 本章小结
3 CA砂浆脱空对车轨耦合系统动力学特性的影响
3.1 CA砂浆脱空仿真工况
3.2 CA砂浆有无脱空的影响分析
3.2.1 车辆动力特性及轮轨力
3.2.2 轨道动力特性
3.2.3 动力学性能的评价标准
3.3 横向没有完全贯通工况下的CA砂浆不同横向脱空度的影响
3.3.1 车辆动力特性及轮轨力
3.3.2 轨道动力特性
3.4 横向完全贯通的CA砂浆脱空工况
3.4.1 不同纵向脱空长度的影响
3.4.2 不同脱空位置的影响
3.4.3 不同脱空组合的影响
3.5 其他条件对CA砂浆脱空特征的敏感性分析
3.5.1 列车运行速度的影响
3.5.2 轨道不平顺的影响
3.6 本章小结
4 基于车辆动态响应时频混合特征的CA砂浆脱空识别算法
4.1 CA砂浆脱空车载式检测方法
4.2 CA砂浆脱空信号的特征提取
4.2.1 时域特征
4.2.2 功率谱密度
4.2.3 小波包能量
4.2.4 高阶谱
4.3 基于PSO-SVM的CA砂浆脱空识别算法
4.3.1 支持向量机
4.3.2 基于粒子群优化算法的参数选择
4.3.3 特征提取信号识别结果分析及选择
4.4 不同条件下的CA砂浆脱空识别
4.4.1 不同的列车运行速度
4.4.2 不同轨道不平顺
4.4.3 不同信噪比
4.5 本章小结
5 基于TFA-MU融合的CA砂浆横向脱空度估计算法
5.1 CA砂浆横向脱空度估计的必要性及方法探讨
5.2 基于时频分析的CA砂浆横向脱空度估计
5.2.1 小波分析的基本理论
5.2.2 基于多尺度平均小波能量值的CA砂浆横向脱空度估计
5.2.3 蒙特卡洛模拟
5.3 基于模型修正的CA砂浆横向脱空度估计
5.3.1 基于改进的PSO算法估计CA砂浆横向脱空度的原理
5.3.2 估计结果分析
5.3.3 与其他优化算法的对比
5.3.4 不同条件下的CA砂浆横向脱空度估计
5.4 基于TFA-MU融合的CA砂浆横向脱空度估计
5.5 本章小结
6 结论
6.1 论文的主要创新点
6.2 研究工作展望
参考文献
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集
本文编号：3792346
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