交通运输工程学报

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2025年第25卷第3期封面与目录

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王开云, 隋顺琦, 谢博, 凌亮, 陈是扦, 曾东亮, 厉砚磊

摘要: 从车辆动力学性能、轮轨接触、车轮磨耗与滚动接触疲劳、其他部件服役状态及轮径差识别研究五方面梳理了铁道车辆轮径差的研究进展，探讨了轮径差状态下车辆运动稳定性、轮轨接触状态及踏面损伤的变化规律；概述了轮径差对铁道车辆服役性能影响的研究现状与发展趋势；分析了铁道车辆轮径差识别的现状和不足。研究结果表明：轮径差增大会使车辆临界速度降低，导致车辆动力学性能下降；轮径差导致轮对两侧车轮接触斑的形状和应力分布变化，小轮径一侧车轮接触斑的法向接触应力变大，大轮径一侧反之；轮径差导致踏面磨耗速率加快，而且容易诱发踏面滚动接触疲劳问题；轮径差也会导致转向架牵引电机负荷不平衡、电机温升以及轮对两侧轴箱轴承承载区相位差等问题，影响其他关键部件的服役状态和寿命；今后研究的重点在于系统性地开展轮径差形成机理的理论和试验研究，揭示轮径差的形成机理，从车辆服役状态、列车操纵方式、外部服役环境等多个维度提出轮径差的控制措施；针对铁道车辆检修体系正由计划修向状态修转变的发展趋势，开展的基于数据驱动、混合数-模驱动等方法的轮径差智能检测和识别研究，为车辆检修体系转变、降本增效提供理论指导。更多>

2025, 25(3): 1-11. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.03.001

摘要(671) HTML (162) PDF (5825KB) (104)

半刚性基层沥青路面横向裂缝成因诊断综述

朱俊清, 尹逸群, 马涛, 童峥, 黄斯琦

摘要: 针对半刚性基层沥青路面横向裂缝成因诊断方法的进展与存在问题进行文献梳理和总结，在横向裂缝评价方法方面，详细梳理了横向裂缝的评价方法及发展现状，总结提出了基于病害成因机理的分类方法，为成因诊断提供依据；在横向裂缝分类方法方面，详细梳理了横向裂缝的产生机理及其影响因素，构建了横向裂缝成因库；在横向裂缝成因诊断方面，梳理了当前诊断方法存在的主要问题，提出了横向裂缝成因分步诊断框架。研究结果表明：现有评价方法无法与裂缝成因建立联系，建立的基于成因与发展方向的横向裂缝分类方法可以提供判断依据；构建的裂缝成因库考虑了材料、结构、施工以及荷载环境的不同成因机理，为成因诊断提供了参考；建立的横向裂缝成因诊断框架从路段基础信息调查、特殊因素排除、荷载环境综合分析以及靶区试验精细化诊断四方面为工程实践提供依据。实体工程验证表明：验证路段的裂缝主要成因为基层开裂，在重交通量和重载作用下导致裂缝反射至面层，主要类型为自下而上反射裂缝。建立的沥青路面横向裂缝成因库及成因诊断框架为裂缝处治对策提供了理论基础和实践依据。更多>

2025, 25(3): 12-32. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.03.002

摘要(611) HTML (179) PDF (14951KB) (68)

数字孪生在交通基础设施智能建造中的应用与挑战

罗丹, 黄晓琴, 冷费贤, 张燕, 刘伟, 黄兴

摘要: 为更深入了解数字孪生在交通基础设施智能建造的应用现状，阐明了数字孪生定义与参考框架，归纳了新型数据采集方法与传输技术，分析了数字孪生在交通基础设施智能建造中的应用价值与典型案例，探讨了实施过程中面临的挑战。分析结果表明：数字孪生通过构建多源数据融合与实时交互的虚拟环境，显著提升了交通基础设施智能建造的协同管理与智能决策能力；其交互反馈与自适应演化特性有助于实现人机协同、资源优化、施工安全与运维智能化，但目前数字孪生在基础设施领域仍处于初步发展阶段，存在开发技术不成熟，系统集成缺乏整体规划、标准不统一等问题，需经历长期优化以实现高效部署和稳定运行；数字孪生整体参考架构能促进资源整合与多模式兼容，促进各方协调合作，但目前具备服务功能的架构较少，且缺乏完善的标准与统一的评价体系，制约了技术的广泛应用与跨行业适配性；新型传感技术显著提升了数据采集的精准度与时效性，但初期成本较高；数据质量方面普遍缺乏战略性数据分析，容易形成数据冗余，且多源数据在安全评估与隐私保护方面也面临严峻挑战；未来数字孪生的构建应从系统层面进行统筹规划，推动数据标准化、增强系统互操作性，并优化数据管理与安全防护机制，确保技术体系的可靠性与可拓展性，同时，应通过产学研协同创新、跨领域平台建设与政策引导，加速技术突破与产业化进程。更多>

2025, 25(3): 33-64. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.03.003

摘要(913) HTML (174) PDF (25078KB) (89)

狮子洋大桥整体节点足尺模型静载试验

陈伟乐, 刘震北, 刘双, 刘永健, 崔高炎, 王琨, 马文杰, 姜磊

摘要: 为研究板桁结合钢桁加劲梁整体节点面外转动行为，评估狮子洋大桥加劲梁整体节点在设计荷载作用下的结构安全性，开展整体节点足尺模型静载试验；建立狮子洋大桥全桥有限元模型以确定试验荷载大小，并利用加劲梁节段与节点有限元模型确定了应变与变形测点；试验测试了面外受力状态下节点横梁、腹杆与弦杆的截面正应力；基于薄壁结构应力分析理论，提取了横梁与腹杆的弯曲正应力，依此计算面外弯矩并验证了该方法的准确性；测试了节点面外转动变形，绘制节点面外转动的弯矩转角曲线，获取了节点面外转动刚度；利用弦杆截面实测正应力提取了弦杆约束扭转正应力，评估了弦杆的抗扭性能；测试了节点局部区域三向应力并计算各测点的Mises应力，评估节点在面外静载作用下的安全性。试验结果表明：节点在设计荷载作用下始终保持弹性状态，采用提出的方法分析截面正应力求解所得的截面面外弯矩与理论值吻合良好，相对误差为2.5%~10.0%；面外荷载作用下，横梁与腹杆截面剪力滞效应明显，横梁顶板有效宽度折减40%，腹杆翼板有效宽度折减10%；狮子洋大桥加劲梁整体节点面外转动刚度介于刚接与铰接之间，转动刚度受边界条件影响较大；弦杆最大约束扭转正应力为设计活载下的弦杆轴力应力的4.19%；节点面外受力最不利位置为弦杆横隔板过焊孔，Mises应力小于钢材的设计强度，安全系数为2.32。试验结果与提出的计算方法可为钢桁梁节点面外受力性能研究提供参考。更多>

2025, 25(3): 65-81. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.03.004

摘要(561) HTML (59) PDF (27766KB) (61)

UHPC缀板-钢管混凝土复合柱地震响应及数值模拟

韦建刚, 应浩东, 杨艳

摘要: 为研究超高性能混凝土(UHPC)缀板-钢管混凝土复合柱的地震响应特性，设计制作了2根1∶8缩尺试件，并以地震动特性、地震动强度、轴压比以及缀板材料为试验参数开展拟动力试验研究，随后基于OpenSees软件建立足尺模型开展数值模拟研究，最终提出足尺结构在E1、E2地震荷载下响应位移的计算方法。研究结果表明：地震动特性显著影响试件的地震响应，试件S1、S2在同等小震强度的不同地震动下，其最大响应位移分别为最小响应位移的4.16倍和4.89倍；随着地震动强度不断增加，试件经历了弹性、弹塑性以及塑形破坏阶段；两试件破坏形态基本相似，均为整体压弯型破坏，表现为底部UHPC缀板开裂，钢缀条发生局部屈曲变形，柱肢钢管底部形成屈曲环或发生全截面撕裂；轴压比对于试件初始侧向刚度影响不大，但是轴压比越大，试件初始应力越大，柱肢钢管发生屈服和屈曲变形的时间越早，最后的破坏现象也更为剧烈；同等强度地震动下，UHPC缀板-钢管混凝土复合柱相较于普通混凝土缀板钢管混凝土复合柱，其初始侧向刚度提高约13.7%，刚度退化得到一定程度上的延缓，且累积滞回耗能提高了约41.2%；足尺模型的数值模拟分析结果显示长细比为影响试件地震响应以及放大系数的关键因素；所提出的足尺试件在E1、E2地震下响应位移计算方法具有良好精度。更多>

2025, 25(3): 82-100. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.03.005

摘要(472) HTML (57) PDF (21627KB) (36)

倒L型导流板分离双箱梁涡激振动试验

李加武, 孟露, 赵勃隆, 肖天宝, 卢斌

摘要: 为评估某倒L型导流板分离双箱梁的涡激振动特性，以某斜拉桥的主梁为研究对象，设计并制作了缩尺比为1∶70的主梁节段模型，在风洞实验室中建立了弹簧悬挂的节段模型振动体系，可作竖弯、扭转二自由度运动；改变振动体系的竖弯、扭转等效质量和阻尼比，开展了测振风洞试验，分析了涡振的最大振幅及涡振锁定区间对质量阻尼参数的敏感性；改变倒L型导流板的特征尺寸，进行了同步测压测振风洞试验，测量了模型的表面压力及振幅，分析了表面压力的分布特征及涡振响应规律，计算了涡激气动力，分析了主梁断面局部气动力对整体气动力的相关性和贡献程度，并探讨了气动力在模型展向的分布规律。分析结果表明：质量阻尼参数及气动外形的改变均会改变分离双箱梁的涡振响应；总体上，涡振的最大振幅及锁定区间长度与Sc数呈负相关；涡振锁定现象出现时，局部气动力与整体气动力的相关性系数、贡献系数、脉动压力系数随振幅的变化规律保持一致，表面压力与气动力同步变化；风压的展向相关系数随展向间距增大呈减小趋势，并与振幅密切相关；倒L型导流板改变了气流的分离及再附位置，从而抑制了涡振的发生，其宽高比是抑振效果的关键参数。更多>

2025, 25(3): 101-113. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.03.006

摘要(248) HTML (53) PDF (11525KB) (28)

铁路双边箱混合梁斜拉桥钢-混结合段受力性能

康炜, 李伟, 文强, 程高, 房帅平, 孟祥建, 刘永健, 文博华

摘要: 为研究铁路双边箱混合梁斜拉桥钢-混结合段的受力性能和传力机理，优化其构造形式与尺寸，取消了实桥初步设计的前承压板、钢梁埋入段、钢格室并最大限度减小剪力连接件密度，设计制作了缩尺比为1∶2.5的钢-混结合段试验模型，分析实桥各设计验算工况下结合段的应力分布、承载性能及剪力传力特征，并建立板壳-实体有限元模型补充分析了结合段长度、前承压板、剪力连接件等参数的影响。研究结果表明：构造简化后的某双边箱铁路混合梁斜拉桥钢-混结合段缩尺模型在轴压、最大正/负弯矩工况作用下，所有测点的荷载-应力曲线均呈现出良好的线性相关性，钢-混结合段受力仍处于弹性阶段；钢混界面滑移测点的荷载-滑移关系近似为线性变化，滑移量最大值为0.15 mm，且卸载后残余滑移可忽略，钢板和混凝土协同受力良好；轴压工况下钢混界面剪力呈现出“两端大、中间小”马蹄形分布特征，结合段长度越大，界面剪力及相对滑移越小；结合段长度超过2倍剪力传递长度时，钢梁和混凝土梁之间区域剪力和相对滑移量几乎为0；后承压板、前承压板、钢梁埋入段分别约承担56.0%、12.4%、11.0%的轴力，前承压板、钢梁埋入段不改变钢-混结合段钢结构和混凝土正应力变化趋势、轴力分布特征，对钢-混结合段应力和传力改善作用不明显；横隔板可改善后承压板与钢顶底板处应力集中。更多>

2025, 25(3): 114-129. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.03.007

摘要(653) HTML (81) PDF (23698KB) (34)

退化RC桥梁检测-维护规划的贝叶斯决策方法

王晓明, 汪帆, 翟岸, 赵建领

摘要: 为了确定退化钢筋混凝土(RC)桥梁的最优检测和维护方案，进而实现结构可靠性水平与全寿命周期成本的最佳平衡，提出了一种基于风险检验(RBI)的贝叶斯决策方法；在氯离子侵蚀环境下的RC桥梁理论劣化模型基础上，发展了锈蚀损伤评估的量化指标体系，建立起基于动态贝叶斯网络的随机劣化过程模型与可靠度更新方法；综合考虑环境参数、损伤检测、维护决策等多源不确定性，引入描述检测行为的决策节点及量化预期损益的效用节点，对贝叶斯网络进行拓展，形成了基于有限记忆影响图(LIMID)的检测-维护决策体系；将上述方法应用于某在役组合梁桥的RC桥面板检测-维护规划问题。分析结果表明：该桥面板的理论锈蚀失效概率随使用年限增加而大幅上升，在服役的第40和60年将达到19.4%与45.5%，亟需采取必要的维护措施；采用本文方法对其进行检测-维护规划，获得的最优检测时间为第18、33、48及61年，其期望相对总成本为260.3，其中，检测成本为0.769，维护成本为187.8，失效成本为71.7，相较于该桥的实际维修方案，成本降幅高达36.3%；定期检查(PI)方法的相对成本为271.1，可靠度阈值(RT)方法则为270.4，证明所提方法可以提供更优的求解结果。更多>

2025, 25(3): 130-143. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.03.008

摘要(294) HTML (70) PDF (11126KB) (21)

超大跨悬索桥的长周期设计反应谱研究

周敉, 李志烜, 冯鹏飞

摘要: 为了建立适用于超大跨悬索桥抗震设计的长周期设计反应谱，从中国、日本和美国的强震数据库中收集了17 574条实测地震动记录，通过对收集的地震动进行校正、滤波和频谱特性分析，提出了界定常规地震动与长周期地震动的标准和方法，并以此方法筛选出了1 084条长周期地震动；采用一种“四段式”的标准化反应谱数学模型来拟合长周期地震动的平均谱，通过遗传算法对模型参数进行标定，建立了不同工程场地的长周期设计反应谱；以一主跨为2 300 m的超大跨悬索桥为依托工程，通过分析分别由安评反应谱和长周期设计反应谱引起的结构响应，来验证所提出的长周期设计反应谱的合理性。研究结果表明：加速度反应谱周期在0.02~10.00 s范围内的平均周期大于或等于1.5 s和傅里叶谱的主频成分小于1 Hz可作为界定常规地震动和长周期地震动的2个重要标准；相对于规范反应谱，提出的长周期设计反应谱可以更全面地考虑长周期地震动的影响；E1地震作用下，长周期设计反应谱与安评反应谱引起的依托工程桥塔关键位置的地震响应差值比为1.4%~42.4%，E2地震作用下该差值比为0.3%~19.3%，长周期设计反应谱作用下桥塔和加劲梁的地震响应均大于安评反应谱对应的响应；对于E2地震作用下关键承重构件需要保持弹性的超大跨悬索桥而言，提出的长周期设计反应谱可以合理地指导其抗震设计。更多>

2025, 25(3): 144-159. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.03.009

摘要(160) HTML (47) PDF (16460KB) (23)

氯盐侵蚀下盾构隧道管片ECC-RC叠合构造抗锈蚀劣化性能研究

赵德博, 张杰威, 崔宏志, 包小华, 陈湘生, 曹成勇, 沈俊

摘要: 为提升盾构隧道结构在地下氯盐环境中的服役性能，利用高韧性水泥基复合材料(ECC)的优异抗裂性能，提出了1种具有ECC-钢筋混凝土(RC)叠合构造的管片结构；考虑隧道结构服役环境的单侧氯离子侵蚀与围岩持载耦合作用特征，设计了持载-加速锈蚀试验装置及模拟管片受力状态的偏压试件；对ECC-RC叠合及普通RC管片构件进行了电化学锈蚀试验以及锈蚀劣化后力学性能测试；研究了不同持载水平下2种管片构件的锈蚀劣化规律和钢筋不均匀锈蚀特性，揭示了ECC外层对管片抗锈蚀劣化性能的提升机制。试验结果表明：由于ECC层致密结构和微裂缝开展特性，相同通电电流下ECC-RC试件通电电压约为普通RC试件的6.8~7.2倍，且钢筋锈蚀率显著低于普通RC试件，表明ECC-RC叠合构造的盾构隧道结构抗锈蚀能力显著提高；锈蚀劣化后ECC-RC试件承载能力高于相同持载水平的RC试件，但极限挠度普遍偏小；持载等级对管片构件的锈蚀劣化形态及承载性能有显著影响，劣化后极限承载力与锈蚀阶段持载水平呈负相关，持载相较无劣化极限承载力每增加1/10，RC管片的极限承载力将下降约2.6%，而ECC-RC叠合管片的极限承载力将下降约4.2%；持载下普通RC试件钢筋沿纵向产生显著不均匀锈蚀，持载裂缝位置的钢筋易出现坑蚀，且持载水平越大，不均匀特征越明显；由于ECC层在持载下多微裂缝的开裂模式，ECC-RC试件内部钢筋锈蚀分布也相对均匀。更多>

2025, 25(3): 160-177. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.03.010

摘要(205) HTML (51) PDF (54683KB) (18)

地表加卸载引起端部受限盾构隧道结构响应模型试验

梁荣柱, 康成, 王森勇, 符宇坤, 周正, 梅国雄, 向黎明

摘要: 为探明地表临时堆载产生的加卸载过程中端部受限盾构隧道结构受力变形特性，建立了相似比为1∶35的物理模型试验系统，分析了连接车站的端部受限盾构隧道和区间隧道结构在地表加卸载过程结构响应的区别；为更准确地反映盾构隧道这一复杂构筑物结构的受力变形特性，利用3D打印技术制作盾构隧道管片，拼装出高还原度的错缝无榫槽隧道模型，并与制作的车站模型连接；以车站连接部分正上方矩形堆载为例，设计了多级地表加卸载试验；通过应变片、位移计和土压力盒监测系统测量隧道结构受力变形状态，分析了附加土压力、隧道位移、管片内力和截面变形发展规律。试验结果表明：地表加卸载过程端部受限隧道拱顶附加土压力不受连接车站的影响；与车站连接的接头环与加载中间环相比弯矩更小，且分布更加均匀；端部受限盾构隧道的管环位移受到连接车站的限制，沉降曲线呈不对称分布，接头环拱顶沉降仅为边缘环的58%，且仅为对应区间隧道拱顶的42.6%；端部受限隧道加载中间环收敛变形最大，接头环收敛变形小于对称位置的边缘环；端部受限隧道接头环竖向和横向收敛较为接近，而端部自由的区间隧道竖向收敛远大于横向收敛；端部受限隧道竖向变形能力和恢复能力都受到限制，接头环竖向收敛回弹率仅3.0%；端部受限盾构隧道与区间隧道相比在地表加卸载过程结构变形更小，表现出更强的结构承载性能。研究成果可为服役盾构隧道的保护提供一定的理论指导。更多>

2025, 25(3): 178-191. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.03.011

摘要(172) HTML (46) PDF (18899KB) (13)

结构负触变效应下当量沥青混凝土层厚度换算与弯沉指标修正

王旭东, 李倩, 刘旭, 蔡秋香

摘要: 为揭示落锤式弯沉仪(FWD)瞬时荷载作用下沥青路面结构弯沉的本质规律，以RIOHTrack足尺试验环道上具有相同路基和基层条件的5个结构为基准结构，分析FWD瞬时冲击荷载作用下沥青路面弯沉指标随厚度的变化规律；在此基础上，基于等刚度原理推导环道不同基层结构的当量沥青混凝土(AC)层厚度，从而将环道19个路面结构简化为当量AC层+路基的双层体系结构；据此提出了一个基于承载能力指标的沥青路面结构简易设计方法，并考虑土基模量和上部结构当量AC层模量，构建了理论弯沉指标的综合修正模型。研究结果表明：FWD瞬时荷载作用下沥青路面结构具有显著的负触变效应，即在相同路基及基层条件下，弯沉指标表现出随沥青层厚度增加而减小的规律，这一现象在不同荷载水平和环境条件下均得到了验证；路面结构当量AC层厚度与实测弯沉盆面积相关性在99%以上，证明提出的当量AC层厚度换算方法具有较好的可靠性；与传统的弯沉综合修正模型相比，提出的F修正模型可以同时考虑路基模量和上部结构条件，从而弥补现有弯沉修正方法不考虑路面结构型式影响的缺陷。研究成果可以为沥青路面设计提供一个简单可行的经验方法。更多>

2025, 25(3): 192-204. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.03.012

摘要(145) HTML (40) PDF (7344KB) (15)

多分支特征提取的轻量化路面裂缝分割网络

刘媛媛, 陈嘉豪, 王靖智, 肖乾, 朱路

摘要: 针对路面裂缝分割模型难以同时兼顾分割精度与模型复杂度的问题，提出一种轻量化路面裂缝分割网络——分层多分支级联网络(HMBCNet)；根据特征图通道数与模型运算量之间的相关性，采用解耦下采样模块降低网络模型初期的运算量与参数量；利用特征提取中浅层形态信息与深层语义信息的差异性，分别设计多分支扩张模块与双分支反向残差模块对网络不同阶段进行特征提取，多分支的设计能够降低模型的复杂度，同时增强网络模型不同阶段的特征提取能力；通过级联多个子主干网络得到编码器，使特征提取模块的参数能够共享给特征融合模块，实现在不增加模型总参数量的条件下提高模型多尺度特征融合能力；在移动平台NVIDIA Jetson AGX Orin边缘设备上使用自建数据集与公开数据集(Crack500、DeepCrack537)进行试验，采用精确度、召回率、F₁分数、交并比以及准确性作为模型分割性能的评价指标，将参数量、运算量以及运行速度作为模型轻量化程度的评价指标，对比提出的HMBCNet模型与LightCrackNet以及其他7种具有代表性的模型。研究结果表明：在不同场景的数据集中，HMBCNet的分割精度均高于LightCrackNet与其他7种模型，并且大幅度降低参数量与运算量，参数量仅为1.44×10⁶，运算量为2.93 GFLOPs，相较于LightCrackNet运算量降低63%，F₁分数提高1%，在测试阶段平均每张图片的处理时间能够达到211 ms，是一种有效兼顾精度与复杂度且能够应用在实际工程中的网络模型。更多>

2025, 25(3): 205-220. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.03.013

摘要(214) HTML (72) PDF (23693KB) (17)

螺纹桩单螺牙式剪切破坏形态理论解析

罗丽娟, 马甲宽, 胡志平, 李晟, 贺鹏远

摘要: 为解决高铁路基工程中螺纹桩临界螺距及单螺牙式剪切破坏形态下螺牙所提供极限承载力如何计算的问题，以螺纹桩展开后的局部区域作为研究对象，对极限荷载作用下单螺牙式剪切破坏形态展开研究；根据螺牙结构受力特点建立了一种理论破坏模型，将螺牙周围土体划分为弹性压密区、被动破坏区及过渡区，通过分析不同区域的应力和变形的协调关系，推导螺牙提供的极限承载力；根据螺牙理论破坏模型提出对应临界螺距和极限承载力计算方法，通过与既有破坏模型对比分析，并结合大直剪试验结果验证了理论破坏模型的有效性及准确性。研究结果表明：提出的单螺牙式剪切破坏形态比Meyerhof破坏形态更契合螺牙实际破坏模式；螺纹桩临界螺距主要由螺牙高度及土体内摩擦角决定，其数值随螺牙高度近似线性变化，随摩擦角近似成指数性增加；单螺牙式剪切破坏形态下螺牙提供的承载力优于圆柱式剪切破坏形态，而承载力提高程度主要由土体破坏面形状及土体抗剪强度决定；螺纹桩设计阶段，在保证螺牙自身结构安全的前提下宜适当增加螺牙高度及螺牙间距，使桩周土体恰处于单螺牙式剪切破坏形态，该状态下螺纹桩极限承载力将达到峰值。研究结果可为粉土、黏土地质条件下高铁路基工程螺纹桩极限承载力的优化设计提供理论参考。更多>

2025, 25(3): 221-230. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.03.014

摘要(158) HTML (58) PDF (3687KB) (12)

高速动车组阀控式半主动横向减振系统与试验

石怀龙, 干锋, 曾京, 冯永华, 罗仁, 王勇, 吴一

摘要: 为保障高速动车组在既有客运专线(160 km·h^-1)、提速线路(250 km·h^-1)和高速客运专线(350 km·h^-1)之间跨线运行时的横向平稳性，基于天棚阻尼原理和阀控式半主动减振器，设计了一种半主动横向减振控制系统，并开展了整车台架和线路试验研究；首先测试了阀控式半主动减振器的动态性能、阀控特性和响应时滞，然后开展了整车滚振台架试验，对比分析了3种轨道激励下的控制效果，进而搭载动车组低速线路运行试验，评价了车体横向振动改善效果。研究结果表明：实测的半主动控制系统时滞量约为140 ms；基于简谐振动预测原理提出控制时滞补偿方法，可补偿1/4简谐振动周期的时间，台架试验验证了时滞补偿的有效性和必要性；不同轨道谱和车速工况下整车滚振台架试验表明，定阻尼、开关阻尼和连续阻尼控制策略均有效，横向平稳性指标最大改善率为19%，减振带宽为1~20 Hz，并且车速越高，轨道谱越差，改善效果越好；线路试验表明该半主动减振系统对车体2.5 Hz以下振动都有改善，车速为160 km·h^-1时平稳性指标改善率为11%。研究成果能够为轨道车辆主动悬挂技术应用提供理论与技术支撑，促进既有动车组性能改进和更高速度等级动车组创新研发。更多>

2025, 25(3): 231-241. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.03.015

摘要(153) HTML (43) PDF (13979KB) (15)

高速列车碳陶与铸钢制动盘运用热散逸性能对比

左建勇, 郑仕泽, 王天一, 丁景贤

摘要: 为研究用于高速列车的传统铸钢制动盘以及新型碳陶制动盘在400 km·h^-1制动初速度下的制动热散逸性能，分别建立了包含碳陶制动盘与铸钢制动盘的高速列车车头复杂模型，在车头模型周围建立空气域，运用流-固-热耦合仿真方法，分析并比较了碳陶制动盘和铸钢制动盘在紧急制动条件下的温度变化及其对周围空气域的影响；分别进行了碳陶制动盘和铸钢制动盘与温度相关的台架试验，对仿真的准确性进行验证。仿真结果表明：在400 km·h^-1的制动初速度条件下，碳陶制动盘摩擦表面温度在制动开始后86.3 s时达到峰值1 098.56 K；铸钢制动盘的整体温度变化趋势与碳陶制动盘相似，其摩擦面最高温度在制动开始后73 s时达到峰值1 019.26 K；与铸钢制动盘相比，碳陶制动盘对周围空气域的温度影响更大，可能会在高速列车的转向架区域带来热安全隐患，两者空气域的最大温度差可达210 K；与铸钢制动盘相比，碳陶制动盘的材料和结构均使其内部热传导速率更快，摩擦面温度分布更为均匀，不同径向区域间的温度梯度较小，具有更优的热运用性能；台架试验的对比结果表明本文所建立的包含制动盘的高速列车车头流-固-热耦合仿真模型可以准确预测制动盘在制动过程中的温度变化趋势，并提供详细的温度变化云图。更多>

2025, 25(3): 242-255. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.03.016

摘要(199) HTML (61) PDF (20256KB) (19)

不同内外部耦合激励对高铁齿轮箱箱体动态特性的影响

张建超, 张博文, 齐星科, 张永超

摘要: 从概率统计和疲劳损伤角度，分别诠释了箱体振动加速度变化特点及动应力变化对箱体不同部位的影响；基于矢量控制理论和机车车辆多体动力学理论，建立了高速列车牵引电机控制模型和考虑柔性箱体的高速列车刚柔耦合模型，通过联合仿真方法搭建了高速列车机电耦合模型；基于核密度估计方法拟合出了箱体振动加速度的概率密度函数曲线；结合箱体材料疲劳试验计算了损伤参数。分析结果表明：箱体小轴承孔上方纵向、大轴承孔上方横向与垂向的加速度概率密度函数均存在由单主峰变为双主峰的过程，且概率密度图像逐渐变宽变矮，说明这3个方向的振动加速度受激励变化影响较大，此外概率密度函数图像出现双主峰时皆包含车轮多边形激励，说明该激励导致振动加速度信号在两侧分布较为密集；小轴承孔上方和油位观察孔处谐波转矩激励的疲劳损伤贡献较明显，使这两处损伤参数约增长0.05，之后随工况变化这两处损伤参数基本保持不变，大轴承孔上方轨道不平顺激励的疲劳损伤贡献最大，损伤参数由0.14增长至0.68，齿面观察孔处车轮多边形激励的疲劳损伤贡献相比其他激励要大，损伤参数由0.19增长至0.60，大轴承孔上方与齿面观察孔两处位置的损伤参数涨幅变化较为显著，因此，在检修时应重点关注。更多>

2025, 25(3): 256-268. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.03.017

摘要(156) HTML (41) PDF (11971KB) (16)

基于路面垂向激励博弈决策的悬架模型切换预瞄控制研究

吴骁, 陈志勇, 陈龙, 刘巧斌, 杨红波, 史文库

摘要: 针对表观路面不平度与实际路面垂向激励不同的情况，提出一种基于博弈论的路面垂向激励感知决策方法，用于悬架预瞄控制，提升了车辆在复杂路面激励工况下的平顺性；基于悬架最优控制理论，针对不同道路激励模式，采用多目标优化算法优化控制模型，综合所有激励模式下的控制模型，建立了悬架模型切换控制系统，根据路面垂向激励切换控制器的控制参数，使悬架的振动状态保持最优；对比了预瞄悬架在相同路面激励、不同控制器参数下的振动响应结果，分析了控制器参数对振动响应的影响；将悬架的控制视为控制器与路面激励的博弈，以提升平顺性为目标，在不同道路激励下，当道路预瞄法与状态观测法的结果相互矛盾时，基于博弈论分析出其中的最优结果，作为悬架控制模型切换的依据。研究结果表明：基于博弈论，控制系统应根据功率谱密度指数或振幅较大的路面切换控制模型以提升平顺性；相对于未采用博弈论的纯预瞄控制模型，连续路面上，当道路预瞄结果为A级，状态观测结果为D级时，基于博弈论的最优控制模型的车身加速度均方根值降低了14.24%；冲击路面上，车身加速度峰值降低了5.86%；对于混合路面，车身加速度均方根值降低了11.60%，各工况下悬架动挠度、轮胎动变形、能耗均方根值的提升均不超过10%。该方法可有效提升车辆在各种复杂路面工况下的平顺性。更多>

2025, 25(3): 269-283. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.03.018

摘要(140) HTML (40) PDF (18402KB) (9)

非集装器载重平衡问题建模与两阶段Benders分解启发式算法设计

李云飞, 徐吉辉, 赵向领, 黄激, 童子琛

摘要: 为探索民航货机装载非集装器的潜力，研究了货机装载非集装器的载重平衡问题；剖析了非集装器与集装器在载重平衡上的不同，将飞机货舱视为矩形板，非集装器视为矩形块，建立了两阶段的非集装器载重平衡优化模型；在第1阶段的二维几何位置模型中，考虑了非集装器不重叠、不超出货舱边界、可正交旋转等约束，以飞机货舱面积利用率最大为目标函数；在第2阶段的配载模型中，考虑了多种飞机质量和稳定性约束，以装载量最大、重心偏差最小为多目标函数；设计使用了基于逻辑分解的Benders算法，将非集装器的载重平衡问题分解为主问题和子问题；主问题采用改进的遗传模拟算法和最低水平线算法确定非集装器放置顺序和位置，子问题采用y-check算法对各种质量和稳定性等约束检查，并给出了Benders' cut约束模型；设计了非集装器面积大于、小于货舱面积的2种场景，基于本文提出的算法、Gurobi^*、Gurobi和专家配载针对2种不同的装载约束模型进行仿真验证和对比分析。分析结果表明：在货舱左右平衡的二维几何位置分配算例中，Gurobi^*的解质量和求解速度较好，平均装载量、货舱面积利用率、重心偏差、求解时间分别为19 872 kg、65.88%、2.08%MAC、61.18 s；专家配载结果相对较差，平均装载量、货舱面积利用率、重心偏差、求解时间分别为18 494 kg、65.21%、2.79% MAC、986.98 s；提出的算法作为一种启发式方法，平均装载量为18 874 kg，略低于Gurobi^*和Gurobi的优化结果，但平均货舱面积利用率和重心偏差分别为71.87%、2.76%MAC，且平均求解速度为175.97 s，明显快于Gurobi的1 082.92 s。建立的两阶段载重平衡优化模型和算法能够为非集装器装载位置和方向的确定提供参考。更多>

2025, 25(3): 284-303. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.03.019

摘要(412) HTML (45) PDF (8233KB) (8)

船舶远程驾控人机交互界面优化设计研究

李梦霞, 徐图远, 邹天悦, 柳晨光, 郑茂, 初秀民, 严新平

摘要: 为保障船舶远程驾驶的安全性与可靠性，提出了一种船舶远程驾控人机交互界面优化方法，深入挖掘远程驾控员在操控过程中的视觉注意力分布变化情况，基于视点时序演化规律和界面分区重要度进行人机交互界面优化；通过分析在子界面的时序分布，提炼视点时序演化规律；建立子界面之间的逻辑关系和影响数值，通过相互影响程度量化各子界面的重要程度；基于视点时序演化规律和界面分区重要度的分析，确定人机交互界面各分区的位置关系、排列顺序和界面占比，实现对船舶远程驾控人机交互界面的优化；以重庆奉节船舶远程驾驶试验为例，开展转向、追越等场景试验。分析结果表明：在远程驾控员视点时序演化规律中，视点在“船艏视角”和“远程遥控船舶工况”之间相互转换有接近50%的占比；在界面重要度分析中，“船艏视角”和“远程遥控船舶工况”2个界面的视点分布权重总和有近70%占比。所提方法适用于远程驾驶船舶的人机交互界面优化设计，可面向不同智能化等级的远程驾驶船舶，提出人机交互界面优化设计方案。更多>

2025, 25(3): 304-316. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.03.020

摘要(273) HTML (115) PDF (28531KB) (20)

民航ADS-B数据多质量指标与多特征联合处理的GNSS干扰检测方法

陈敏, 朱彤晖, 何炜琨, 鲁建波, 周洪

摘要: 为解决导航卫星信号微弱，极易受到各种有意或无意的干扰，造成航空安全隐患、航班延误和运行效率下降的问题，利用全球导航卫星系统(GNSS)射频干扰导致的飞机航迹异常以及广播式自动相关监视(ADS-B)数据中导航质量指标的变化特性，在兼容DO-260、DO-260A/B不同质量指标的情况下，给出了一种基于ADS-B数据多质量指标多特征联合处理的GNSS干扰检测方法；在GNSS干扰环境下提取ADS-B数据变化特征，通过检测导航质量指标的波动持续时间特征、质量指标变化同时航迹断裂特征以及多种质量指标同时下降特征等异常行为筛选出潜在干扰航班；对潜在航班进行干扰特征点提取，考虑到干扰航班在空间上具有聚集性，再利用MeanShift聚类方法实现了干扰航班的检测。试验结果表明：所提多质量指标多特征联合处理的GNSS干扰检测方法与单质量指标干扰检测方法相比精确率提高21.3%，能有效降低误检率，与熵权法相比查全率提高7%，在保证误检率不增加的前提下能有效降低漏检率, 同时所提方法无需大量数据进行预训练，检测所需时间相比机器学习方法降低了98.4%，具有较好的实时性和工程应用价值，可为民用航空无线电干扰检测中的受干扰航班、受干扰时间和位置的确定提供解决方案。更多>

2025, 25(3): 317-329. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.03.021

摘要(428) HTML (75) PDF (7200KB) (16)

车载命名数据网络缓存污染攻击检测及抑制机制

樊娜, 李佳龙, 高宇昕, 张俊辉, 叶莉萍

摘要: 为了在车载命名数据网络中准确检测并有效抑制缓存污染攻击，融合内容流行度预测，设计了一种基于深度强化学习的自适应攻击检测与抑制机制；针对缓存污染攻击的特点，基于支持向量机设计了一种网络状态判断方法，在识别出状态异常时，即触发缓存污染攻击的检测与抑制功能；同时，结合深度Q网络和K-means算法，设计了一种自适应攻击检测方法，该方法能够根据网络特征动态调整攻击检测的时间间隔，并由路侧单元依据车辆节点的内容流行度预测结果和请求记录，对缓存污染攻击产生的虚假流行内容进行筛选，从而实现攻击的精准快速检测；设计了一种基于动态黑名单的缓存污染攻击抑制方法，将攻击产生的虚假流行内容放入黑名单，并根据检测结果动态更新黑名单，车辆节点和路侧单元根据黑名单从缓存中剔除虚假流行内容，同时丢弃与其相应的兴趣包，从而有效抑制缓存污染攻击，减少对用户的影响；搭建了半实物仿真平台，通过半实物仿真试验进一步验证了所提方法对缓存污染攻击的检测性能。仿真结果表明：当面临高强度缓存污染攻击时，所提出的方法在低密度和高密度车载命名数据网络场景下，缓存污染攻击检测的准确率分别提升至0.91和0.92，车辆节点的内容获取延迟分别降低为0.113 s和0.112 s，表明该方法性能优于现有方法，能够有效地识别抑制缓存污染攻击，提升车载命名数据网络的安全性。更多>

2025, 25(3): 330-345. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.03.022

摘要(410) HTML (56) PDF (15160KB) (14)

合用相位信控路口生态驾驶轨迹优化模型

辛琪, 王嘉琪, 付锐, 徐猛, 周海洋, 潘应久

摘要: 提出了一种动态规划-交叉口冲突管理策略，在合用相位条件下优化智能网联车辆接近信号交叉口的轨迹，并缓解交叉口内部冲突；基于车辆状态信息、信号相位及配时信息建立动态规划模型，对进口道车辆进行轨迹优化，最大限度利用绿灯时间并减少车辆等待时间；针对存在车流冲突的合用信号相位场景，设计了交叉口冲突管理策略，该策略通过车辆虚映射建立冲突车辆在交叉口通行次序，通过智能驾驶人模型创建安全间距，保证交叉口内交通顺畅通行，并对西安永庆路与永隆路信号交叉口进行了仿真分析。结果表明：与左转保护相位、合用相位情形下的动态规划模型相比，所提模型控制下平均速度分别提高约12.88%、4.14%，百公里能耗分别降低约9.79%、3.97%；与渗透率为0的情形相比，所提模型在渗透率为20%~100%情形下，整体百公里能耗减少约3.56%~13.97%；所提模型控制下的碰撞时间与后侵入时间分析表明，安全性得到显著改善；在交通需求和信号周期波动条件下，所提模型均可实现车辆从进口道至驶离交叉口全过程轨迹优化。更多>

2025, 25(3): 346-361. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.03.023

摘要(494) HTML (75) PDF (13086KB) (18)

基于多时距风速波动过程划分的高铁沿线风速预测

张颖超, 安然, 陈昕, 叶小岭, 熊雄

摘要: 为了提升高铁沿线风速预测精度，实现预测预警，为大风调度提供足够时间窗口，以保障高铁大风场景下的运营安全，提出了一种基于风速波动过程划分的高铁沿线多时距注意力深度回声风速预测方法(MT-RFVMD-OD-Fu-Attention-DeepESN)。利用高铁沿线风速监测站点秒级风速采样数据和3 min风速采样数据，使用改进后的变分模态分解(RF-VMD)将2种分辨率的风速信号进行分解，并重构为趋势分量和脉动分量。通过连续小波变化(CWT)进行频率分析，找出变化周期，将2个分量划分为长度相等的时间序列单元。利用单元内风速物理特征和K-shape融合的聚类算法对2组趋势分量进行过程划分，形成风速波动过程数据库。最后，设计相似度优化动态时间调整(Op-DTW)算法，利用该算法在波动过程数据库中匹配出相似度较高的2种分辨率风速时间序列片段作为训练集，输入到所设计的多时距注意力深度回声状态预测网络(Fu-Attention-DeepESN)。依托京沪高铁沿线上3个风速站点实测风速监测数据进行实验验证，并同现有流行的风速预测方法进行对比。分析结果表明：站点K1005、K1245和K1066风速预测的均方根误差(RMSE)分别为0.234、0.282、0.306，平均绝对百分比误差(MAPE)分别为2.76%、2.27%、2.99%，风速正向误差(PWSE)分别为0.008、0.021、0.034。所提出的方法与对比方法中最好的相比，评价指标RMSE、MAPE、PWSE平均降低了27.8%、34.6%、27.1%，表明该研究能够有效处理高铁沿线秒级风信号中的复杂和非线性模式，提高风速预测的准确性和适应性。更多>

2025, 25(3): 362-379. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.03.024

摘要(172) HTML (47) PDF (19046KB) (20)

高速公路特长隧道出口松懈效应试验

杨永正, 杜志刚, 余亮, 麦晶

摘要: 为研究高速公路特长隧道出口松懈效应对交通安全的影响，开展了实车试验，采集驾驶人在特长隧道出口行驶时的光环境、车速、驾驶人瞳孔面积与注意力分布数据，探究松懈效应发生规律；搭建了多组对照场景开展驾驶模拟试验，探究松懈效应在后隧道段的滞后影响，进一步分析了松懈效应的影响范围与危害。研究结果表明：隧道出口照度骤增，瞳孔面积快速变化，发生白洞效应；在隧道出口光环境剧烈变化的同时，发现存在驾驶人注意力降低、车速增长的反常现象，验证了特长隧道出口松懈效应；松懈效应与白洞效应耦合，驾驶人注意力和车速异常，并与驾驶人视觉障碍共同发生，对行车安全造成威胁；在隧道出口后的驶离段与后隧道段，驾驶人仍受到松懈效应的显著影响，相较于普通道路，后隧道段的驾驶人注意力减小了4.2%~9.0%，驾驶人反应迟缓，对车辆的操控能力下降；隧道出口衔接弯道、纵坡等复杂线形还会放大松懈效应的危害，松懈效应使得进弯道前的减速位置滞后了80 m、过弯道平均车速增长了5.7 km·h^-1，进弯道前的变轨位置滞后了50 m、过弯道平均偏移增长了7.1 cm，且导致进纵坡后的加速距离延后了35 m、过纵坡平均车速增长了7.0 km·h^-1。更多>

2025, 25(3): 380-392. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.03.025

摘要(210) HTML (79) PDF (20372KB) (11)

内河船舶实际二氧化碳与大气污染物排放特征

熊宇祺, 范爱龙, 严俊辉, 张永波

摘要: 基于携式排放测试系统(PEMS)、GPS、轴功率仪、温湿度计等仪器，构建船舶排放监测系统，探究了内河船舶实际二氧化碳(CO₂)与大气污染物排放特征，实现对船舶营运过程中能耗数据和排放数据的高精度测量；基于所建立的船舶排放监测系统，开展实船测量试验，以内河3种主要类型的船舶为测试对象，收集案例船舶在实际运营过程中的能耗和排放数据；开展了船舶主机稳定工况试验，测量了主机负荷在25%、50%和75%下的稳定能耗和排放；基于采集的实船数据，利用碳平衡法计算船舶排放中气体的排放因子，并结合主机功率等数据，分析案例船舶实际CO₂和大气污染物的排放特征。分析结果表明：船舶在实际营运过程中大部分时间主机负荷处于50%以下，而这种长时间的低负荷航行状态是造成CO₂和大气污染物排放增加的主要原因；船舶在进港和离港时一氧化碳(CO)和CO₂基于功率的排放因子会高于巡航和机动；船舶主机处于稳定状态时，CO₂和大气污染物的排放与主机负荷和燃料类型显著相关，且随着主机负荷的增大而减小；而当主机处于相对较高且稳定负荷状态时，氮氧化物(NO_x)的排放会减少。更多>

2025, 25(3): 393-406. doi: 10.19818/j.cnki.1671-1637.2025.03.026

摘要(367) HTML (71) PDF (15357KB) (16)

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