最新刊期
      2024 年 第 21 卷 第 8 期

        高速铁路技术

      • “在铁路工程领域，专家设计了HRS-PEH装置，通过压电技术高效利用列车振动能量，为路基健康监控设备供电，推动铁路“双碳”战略目标实现。”
        陈晓斌,金伟涛,谢康,吕金,熊家坤,吕鑫龙
        2024, 21(8): 3001-3014. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231858
        摘要：为了充分利用高速列车运行中产生的振动能量来解决复杂环境下采集设备的供电问题，将压电技术应用于铁路工程中，而现在针对高铁路基的压电俘能新方法的探究尚不明晰，缺乏相关的结构研究以适应路基发电的需求，导致路基内的振动能以热量的形式消散。针对这一问题，首先，基于压电效应理论，结合高速铁路路基动力响应特点设计出压电俘能装置HRS-PEH(High-speed Railway Piezoelectric Energy Harvester)，建立高速铁路路基压电俘能新方法；其次，通过室内列车荷载模拟试验，探究动载振幅、频率和外接电阻等关键参数对HRS-PEH发电量的影响；最后开展现场行车试验，进一步验证HRS-PEH装置的适用性。研究结果表明：1) HRS-PEH的开路电压随动载振幅的增大而增大，且与频率无明显关系，而负载电压随动载频率和振幅的增加，均呈现线性增大的趋势。故可在工程应用中将HRS-PEH布置在基床表层顶面、钢轨正下方，即可获得最大发电量。2) HRS-PEH的输出功率整体上随外接电阻的增加，呈现出先增大后减小趋势，故存在最优外接电阻使得HRS-PEH发电量最大。3) 行车试验发现，若将HRS-PEH布置于高铁路基基床表层，当CRH5型高速列车仅以55 km/h低速运行时，HRS-PEH就可收获0.71 J电能，可以满足路基健康监控设备的正常工作需求。研究成果可高效利用列车振动能量转换为无污染电能，推动铁路“双碳”战略目标的实现。  
        关键词：高铁路基;压电理论;室内试验;行车测试;“双碳”目标   
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        发布时间：2024-09-05
      • “在高速铁路建设领域，专家通过全比尺模型试验，深入分析桩网结构路基在不同工况下的受力特性，为设计提供科学依据。”
        于红园,刘舜,赵闯,边学成,陈云敏
        2024, 21(8): 3015-3025. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231874
        摘要：桩网结构路基已经在软土地区的高速铁路建设中取得了广泛的应用，服役期地基过大沉降、地下水淹没桩顶等引起桩网结构不合理受力，甚至导致格栅张拉破坏，目前仍缺乏深入的针对性观测和分析。建立一个全比尺的桩网结构路基模型试验，开展正常路基、桩间土过大沉降、路基浸水和路基水位下降4组典型工况的试验。同时采用前期研发的高速铁路路基动力效应试验装置施加车速达360 km/h、轴重为17 t和25 t的列车移动荷载，利用沉降板加位移传感器测量桩土的沉降变形量，利用光纤传感器测定了每组工况下的格栅拉力变化和空间分布规律，研究不同工况下相同的列车长期荷载对土工格栅拉力的影响。试验结果表明：在列车荷载作用下正常路基的桩网结构格栅最大拉力为5.9 kN/m，位于桩帽边缘处，为格栅抗拉强度的11.8%；桩间土发生过大沉降后格栅拉力最大值仍位于同一位置即桩帽边缘处，为11.85 kN/m，为格栅抗拉强度的23.7%。水位上升后桩网结构格栅拉力下降，但在列车荷载作用下格栅拉力又迅速增长，最大拉力为12 kN/m，水位下降后在列车荷载作用下格栅最大拉力为10.5 kN/m。桩网结构路基的规范设计中对格栅拉力的计算偏于保守，模型试验结果对实际工程中桩网结构路基的设计以及理论方法的验证有一定的指导和借鉴意义。  
        关键词：高速铁路;桩网结构;路基;模型试验;土工格栅   
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        发布时间：2024-09-09
      • “在高速列车气动特性研究领域，专家基于大涡模拟方法，探索了强脉动风场对桥梁上高速列车横风气动性能的影响，为风环境下桥上高速列车行车安全提供技术支撑。”
        张洁,余越,张亮,王璠,许澳,王家斌
        2024, 21(8): 3026-3037. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231715
        摘要：强脉动环境风加剧高速列车周围流场瞬变特性，进而形成强脉动列车气动载荷，直接危及列车行车安全。当列车在高架桥上运行时，环境风-列车-桥梁耦合条件下的列车气动载荷变化将更为剧烈。因此，采用更加真实的风场边界模拟横风作用下高速列车在桥梁上运行时的气动特性、明确不同风场特征下的列车周围流动结构特征显得尤为重要。基于大涡模拟方法，研究了恒定均匀风场、指数平均风场以及指数脉动风场(基于谐波合成法并采用Kaimal风速谱密度模型生成风速时程数据)特征作用下二维车体在10 m高桥梁上的横风气动特性。研究结果发现：不同风场特征下，车体周围流场结构、气动性能存在较大差异。对比指数平均风场，恒定均匀风场下车体背风侧产生一对更加充分发展的漩涡结构；车体的侧向力系数减少16.4%，升力系数增加59.7%，倾覆力矩系数降低23.6%，不同速度剖面对应的2种时均风场下，列车的气动特性出现了显著差异。当采用更为真实的指数脉动风场剖面时，车体表面压力分布呈现差异性变化，车体的侧向力系数增加9.0%，升力系数减少13.4%，倾覆力矩系数增加9.5%，可见脉动风场对桥梁上高速列车的横风气动性能具有较显著的影响。研究成果可为风环境下桥上高速列车的行车安全和限速指挥系统提供技术支撑。  
        关键词：脉动风场;气动性能;横风;高速列车;数值仿真   
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      • “在高速铁路运行图优化领域，专家构建了考虑可变接续时间窗的模型，显著提升了换乘服务水平，为周期列车运行图设计提供了新思路。”
        李天琦,聂磊,张宏森
        2024, 21(8): 3038-3049. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20240455
        摘要：精准高效的换乘接续设计对于周期列车运行图在我国的全面推广至关重要。我国高速铁路网络结构复杂、空间跨度广，不同距离的换乘客流OD所能接受的中转换乘时间范围有着明显的不同。现有研究对换乘接续时间的考虑多基于固定接续时间窗，造成实际换乘时间与各OD旅客可接受的换乘时间不匹配，限制了换乘服务水平的进一步提升。基于此，结合“事件-活动”网络和周期事件规划问题(Periodic Event Scheduling Problem，PESP)，构建了考虑可变接续时间窗的高铁周期列车运行图优化模型，实现了列车接续关系选择、OD换乘接续关系分配、换乘时间优化的同步决策。模型首先引入OD换乘接续关系分配变量，使得模型可在优化过程中动态决策列车接续关系是否为特定客流OD提供服务。在此基础上，引入了可变接续时间窗约束，实现列车接续时间窗根据所分配客流OD合理换乘时间范围动态确定。同时，设计了最小化周期列车运行图换乘服务水平与理想服务水平偏差的线性化目标函数，使得模型得以在GUROBI整数规划求解器中求解。研究案例编制了京沪高铁以及与之衔接的部分高铁线路路网周期列车运行图，与固定换乘接续时间窗的研究案例相比，换乘服务频率和换乘接续时间指标均有显著提升，验证了所提模型的正确性及有效性。  
        关键词：高速铁路;周期列车运行图;周期事件规划问题;换乘接续;可变接续时间窗   
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        发布时间：2024-09-09
      • “在轨道交通领域，专家设计了自适应控制方案，为动车组精准停车提供解决方案。”
        王中森,李茂青,岳丽丽,王耀东,高云波
        2024, 21(8): 3050-3060. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231826
        摘要：列车执行器未知故障引起的动力部分损失、列车模型参数不确定和未知外界干扰可能会造成停车精度降低进而影响运行效率，为解决上述问题影响下的动车组速度跟踪和精准停车问题，考虑设计一种输入饱和的自适应控制方案。首先，考虑列车的非线性，建立执行器复合故障下的多质点列车动力学模型，使用存在有界逼近误差的光滑非线性函数来逼近饱和函数，并根据中值定理将非仿射系统转换为仿射系统。其次，基于动车组故障模型，结合自适应模糊逻辑系统和反步法设计一种不需要执行器故障信息的自适应模糊容错控制器，利用自适应模糊逻辑系统逼近系统中未知外部干扰、模型不确定项等系统函数，并通过使用范数估计方法使得每个模糊逻辑系统只需要一个自适应参数，降低系统自适应更新律的复杂度。然后，根据李雅普诺夫稳定性定理证明闭环系统所有信号均有界，并且通过选取适当的控制器参数可保证跟踪误差收敛到原点附近任意小的邻域内。最后，选取CRH5型动车组作为控制对象进行仿真试验。仿真数据显示：控制器可以确保动车组平稳运行，同时使得最终停车误差在±0.5 cm以内，并且控制输入始终在受限范围内。仿真结果说明所设计的控制器可以在执行器复合故障和输入饱和同时存在的情况下完成预期控制目标并有效抑制外界干扰与模型不确定的影响。  
        关键词：动车组;多质点模型;精准停车;输入饱和;容错控制;自适应模糊控制   
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        发布时间：2024-09-09
      • “在高速列车气动噪声研究领域，专家通过大涡模拟和Ffowcs Williams-Hawkings积分方程，揭示了缩比模型对气动噪声特性的影响，为低噪声设计提供参考。”
        袁思齐,杨志刚,李雪亮,谭晓明,马瑞轩
        2024, 21(8): 3061-3071. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231829
        摘要：受限于风洞尺寸和仿真计算规模，研究高速列车气动噪声问题时，通常采用缩比模型。然而，由于受电弓区域的流场结构复杂，缩比模型的使用会导致雷诺数减小，从而改变流场结构，进而影响气动噪声特性。为探明模型尺度对气动噪声声源分布和辐射噪声强度的影响，结合大涡模拟和Ffowcs Williams-Hawkings积分方程，研究高速列车受电弓区域不同缩比尺度下的气动激扰特征、表面偶极子声能和远场辐射噪声声压级。研究结果表明：随着模型尺寸减小，流动主尺度从受电弓上部迁移到受电弓下部。流场变化导致声场主发声源随之迁移，受电弓区域的整体辐射噪声呈下降趋势。1/4、1/8、1/16、1/25和1/50比例的缩比模型辐射噪声分别为97.40，95.39，94.30，92.48和88.1 dB(A)。其中，1/4比例的缩比模型受电弓上部声源声功率占比为32%，受电弓区域整体声源谱型存在2个峰值，峰值频率由弓头和上臂杆产生；而在1/50缩比模型中受电弓下部声源声功率占比为87%，受电弓区域整体声源谱型呈现宽频特征，与受电弓腔谱型特征一致。研究结果揭示模型缩小导致的误差是非线性的，进行缩比模型试验时，需要根据具体的缩比尺度对声源特征进行相应的修正，以便更准确地反映实际情况。研究结果可为缩比模型试验仿真以及未来高速列车的低气动噪声设计提供参考依据。  
        关键词：高速列车;受电弓;气动声学;尺度效应;等效声源   
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        发布时间：2024-09-09

        智慧交通与物流

      • “在铁路运输领域，专家构建了多日动车组运用接续网络，提出了基于路径的调整模型，并通过算法优化，有效提升了动车组运用效率和运营成本控制。”
        何筱雍,王莹,李涵,曹伟
        2024, 21(8): 3072-3081. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231772
        摘要：为了适应旅客客流的动态变化，列车运行图的调整越来越频繁，相应的动车组运用计划也需要随之进行调整。为了使动车组运用计划在列车运行图切换时能够高效高质量地调整，针对客流波动场景下的动车组运用计划调整问题进行研究，构建了一个多日的动车组运用接续网络刻画动车组担当运行线、检修、接续等状态和基本约束，从而将可行动车组交路的生成转化为接续网上的路径搜索问题。在此基础上，以取消加开车次数量最少、偏离原计划程度最小、动车组运用成本最小和偏离期望库存数量最少为目标，考虑动车组接续以及检修等约束条件，建立了基于路径的动车组运用计划调整模型。针对模型的分治结构特征，设计了拉格朗日松弛算法，将原问题分解为多个独立动车组运用的时空最短路径子问题，并通过求解拉格朗日对偶子问题得到路径集合。基于迭代过程中生成的路径集合，采用求解器求解原模型，得到问题的上界解。最后，以多个区域内的部分高速铁路网络日常图与周末图的实际运营数据为背景进行算例验证。结果表明，所设计的算法均能在65 s内得出结果，且Gap均在0.64%以下，所得到的方案在求解质量和求解效率方面均优于人工调整的方案。通过本文提出的优化方法，可以快速生成动车组调整计划，有效提高动车组的运用效率，降低运营成本。  
        关键词：高速铁路;动车组运用计划调整;短期计划;时空接续网络;拉格朗日松弛   
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        发布时间：2024-09-09
      • “在城市交通领域，专家通过构建双目标非线性整数规划模型，采用改进模拟退火算法，有效缓解了市域铁路与地铁换乘站客流压力，提升了通勤效率。”
        马晓天,黄志鹏,王旋
        2024, 21(8): 3082-3092. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231850
        摘要：随着城镇一体化的快速发展，通勤客流需求逐渐增大，市域铁路与地铁的衔接为通勤旅客的出行提供了便利，但大量的通勤客流给市域铁路与地铁衔接的换乘站带来了巨大的压力。为了满足市域客流和地铁客流的出行需求，同时降低通勤旅客在换乘站的等待时间，缓解换乘站的客流压力，需要进行市域铁路与地铁列车运行图的协同优化。引入动态、过饱和OD客流概念，在过饱和条件下，考虑非均匀车头时距、灵活停站时间和旅客换乘条件等约束，从滞留旅客数量和换乘等待时间2个方面构建双目标非线性整数规划模型。结合模型特点，采用ε-约束法将其转化为单目标优化模型，设计具有双阈值和记忆功能的改进模拟退火算法。为验证所提方法的可行性和有效性，将模型及算法应用于金山铁路与上海地铁3号线上海南—中山公园进行案例研究。计算结果表明：优化后的市域铁路与地铁列车运行图，滞留旅客总数增加了9.28%，协同列车数增加了50%，旅客换乘总等待时间降低了60.79%，不断更新容忍度ε能够得到一组综合考虑旅客服务水平和换乘效率的近似Pareto方案，改进的模拟退火算法相较于传统模拟退火算法具有更好的收敛效果和求解效率。研究结果为市域铁路与地铁运行图的协同优化，进一步提升通勤客流的换乘效率提供了理论参考。  
        关键词：市域铁路;列车运行图;协同优化;换乘接续;ε-约束法;模拟退火算法   
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        发布时间：2024-09-09
      • “在城际铁路公交化运营领域，专家构建了客流分配模型，设计了NSGA—II算法，为优化列车开行频率提供新方案。”
        安醇,朱昌锋,唐兆鑫,成琳娜,王傑,章超
        2024, 21(8): 3093-3106. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20240626
        摘要：列车开行频率优化对提升城际铁路公交化运营收益水平和旅客满意度具有重要意义。通过分析有限理性条件下的乘车选择行为，构建了有限理性条件下城际铁路客流分配模型；通过构建列车候选集，以基于客流分配的列车客流与开行频率相关的成本为目标，考虑开行客流条件、客流守衡和区间运力等为约束，构建基于列车候选集与旅客有限理性的城际公交化列车开行频率多目标优化模型，并设计了一种NSGA—II算法进行求解。以长株潭城际公交化铁路为例验证模型和算法的有效性，并通过关键参数扰动分析，揭示不同客流OD和客流条件阈值对开行频率方案的影响机理。研究结果表明：在考虑旅客和企业双方效益下，开行频率方案更具多样性，且随开行频率增加，二者间的制约作用显著。随客流OD增大，模型解空间缩小，算法收敛性和解集多样性降低，优化梯度更倾向于增开站站停列车。此外，随客流阈值增加，有限理性行为对优化方案影响甚微，企业成本大幅降低。本研究可为铁路运营企业在城际公交化运营中的管理与决策提供参考。  
        关键词：城际铁路;公交化运营;有限理性;客流分配;开行频率;优化模型   
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      • “在重载铁路运输领域，专家研究了辅助驾驶节能技术，提出智能驾驶控制方法，通过优化运行曲线降低能耗约12.4%，为节能、绿色、安全操纵运行提供解决方案。”
        李紫宜,周艳丽,杨辉,李光伟,张智
        2024, 21(8): 3107-3118. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231726
        摘要：近年来随着重载铁路运输的快速发展，列车的能耗问题日益突出。目前大多通过改造列车设备来达到节能的效果，但列车驾驶人员操作的差异性所产生能耗却常被忽视，特别是重载货运列车的高载重、列车长、惯性大等因素导致驾驶操纵不易，造成列车运行能耗差异更大。因此，研究重载列车辅助驾驶节能技术变得至关重要。对此，通过分析重载电力机车牵引列车的运行能耗与驾驶操纵的关系，在当前列车驾驶操纵控制的基础上研究了辅助智能驾驶节能控制方法，提出列车辅助驾驶系统，通过优化列车运行曲线并通过模型预测控制自适应调整列车的运行工况序列来实现。系统结合线路条件、运行环境、列车控制、LKJ安全监控防护以及地面指挥调度，基于列车运行曲线实时跟随预测、协同智能控制基础上融合模型预测控制，自适应调整列车控制牵引/制动特性，进行滚动寻优控制，优化列车操纵运行速度曲线，精准控制重载机车的牵引/制动力的发挥，从而优化车-环境-线路中列车协同运行的能耗控制。最后，以模拟京广线路区段的部分线路进行仿真对比实验。结果表明，采用模型预测的重载列车辅助驾驶可降低列车运行能耗约12.4%，验证了本文提出的列车辅助驾驶控制方法的有效性，助力了重载列车的节能、绿色、安全操纵运行。  
        关键词：重载列车;辅助驾驶;节能优化;模型预测控制;自适应控制   
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        发布时间：2024-09-09
      • “在铁路运输领域，专家提出了预防性工间休策略，通过构建马尔科夫模型，有效降低岗位人员疲劳作业概率，为铁路运输安全提供新思路。”
        王健,邢科家,王玺
        2024, 21(8): 3119-3130. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231817
        摘要：为了减少铁路行车指挥岗位的疲劳作业时间，降低由人员疲劳引发运输生产事故的风险，在分析岗位疲劳原理的基础上，研究预防岗位疲劳作业的工间休策略。以“应对性工间休策略”为参照，提出一种“预防性工间休策略”，用随机过程描述岗位人员的疲劳发展，以有值班干部替班的2岗位作业系统为对象构建马尔科夫模型。在阐述工间休策略的基础上对模型进行设计，并说明模型的工作原理及计算方法。以作业系统稳态和瞬态下的疲劳作业概率(Pfo)、值班干部替班概率(Pdcs)为评价指标，通过计算指出“预防性工间休策略”的优缺点并对策略进行调整，对比分析“应对性工间休策略”“预防性工间休策略”和“调整的预防性工间休策略”应对岗位人员疲劳作业的效果。研究结果表明：相对“应对性工间休策略”，“预防性工间休策略”可显著降低岗位人员的疲劳作业概率，Pfo降低的同时Pdcs升高。“调整的预防性工间休策略”的Pfo优于“应对性工间休策略”，且收敛速度优于“预防性工间休策略”。提出的“预防性工间休策略”适用于优先考虑最大程度减少疲劳作业时间的情况，“调整的预防性工间休策略”适用于优先考虑替班成本的情况，可根据考量因素选择不同策略，为应对铁路运输岗位疲劳作业提供参考。  
        关键词：铁路安全;运输岗位;疲劳作业;替班;马尔科夫链   
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        发布时间：2024-09-09

        轨道与基础

      • “在建筑领域，研究人员深入分析了竖向受荷桩极限承载力的三种计算模型，通过95根试桩数据，发现模型预测存在不确定性。开发的SIMUPU程序提高了计算效率，提出了不确定性分析方法，优化了模型预测的可靠性。研究结果为单桩承载力分析提供了新思路。”
        肖建勇,饶有权,冷伍明
        2024, 21(8): 3131-3141. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20240737
        摘要：为深入探究竖向受荷桩极限承载力3种典型计算模型(双曲线模型、指数曲线模型和灰色理论模型)的可靠性，基于具有极限承载力的95根试桩数据，详细分析3种单桩竖向极限承载力计算模型预测行为的不确定性。研究发现3种计算模型均可基于未达到破坏状态单桩的荷载-沉降数据序列预测其极限承载力，但具有一定的不确定性。编制的计算程序SIMUPU有效提高了单桩极限承载力的计算效率，具有良好的实用性。结合程序分析结果，提出单桩竖向承载力计算模型不确定性的分析方法，阐明了计算模型不确定性的统计特征，发现计算模型的不确定性系数统计均值可用于修正并提高模型预测单桩极限承载力的可靠性。基于双曲线模型极值点法预测的单桩极限承载力普遍偏大，且离散性较大，偏于不安全；采用双曲线模型最大曲率点法确定单桩极限承载力的不确定性系数均值虽接近1.0，但其预测结果的可靠性略有降低。指数曲线模型和灰色理论模型的预测结果整体略偏小，且二者预测结果较为接近，预测所得单桩极限承载力的可靠性优于双曲线模型。基于工程试验桩的应用分析表明，单一计算模型可能产生较大误差，基于本文可靠性分析方法，同时采用3种计算模型进行预测、修正、取均值，可获得更为可靠的单桩极限承载力。研究成果可为单桩极限承载力的分析和获取提供参考和依据。  
        关键词：竖向受荷桩;极限承载力;计算模型;可靠性;不确定性   
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        发布时间：2024-09-09
      • “在铁路选线领域，专家提出了三维快速搜索随机树算法，有效解决了复杂环境下的线路设计问题，为提高设计效率提供了新思路。”
        万昕洁,蒲浩,冉杨,李伟,胡建平,乔俊飞
        2024, 21(8): 3142-3152. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231814
        摘要：铁路选线是一个复杂的工程问题，尤其是当稠密约束选线环境内存在起伏地形高差约束和大量障碍物时，现有计算机辅助线路设计方法往往需要耗费大量的计算时间和资源才能生成优化方案，甚至容易停滞，无法找到可行方案。为解决这一问题，提出一种三维快速搜索随机树算法以期快速生成满足所有约束的线路方案。首先，为避免随机树搜索陷入局部最优，提出平-纵整合式随机树启发式采样方法，将随机树搜索扩展到三维空间并实现对选线搜索区域的全面探索。其次，为了在线路搜索过程中高效提取相关环境信息，提出多源异构综合地理信息的统一管理方法，针对环境信息特点定制相应的储存策略，将地形、障碍物等环境信息离散到综合地理信息模型中，并在随机树搜索过程中动态处治障碍物约束。随后集成启发式采样方法和约束处治算子，提出随机树进化搜索方法，在随机树拓展过程中高效检索和处治障碍物，快速生成优化路径方案。最后，将此方法应用于一个真实稠密约束线路案例中，实验结果证明，此方法能实现对所有障碍物约束的空间绕避，并能快速产生优化线路方案，相比于人工方案，机选方案的造价降低了4.8%。实验结果表明此方法可以提高线路设计效率，为人工设计提供有价值的参考。  
        关键词：铁路设计;线路优化;启发式采样;快速搜索随机树;约束优化   
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        发布时间：2024-09-09
      • “在铁路工程领域，专家通过现场试验、室内试验和数值仿真，揭示了重载铁路小半径曲线钢轨疲劳演化规律，为优化打磨策略提供科学依据。”
        张昕,赵鑫,彭峰,李静伟,张凯,李涛
        2024, 21(8): 3153-3165. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231710
        摘要：为探明某重载铁路小半径曲线钢轨因滚动接触疲劳提前失效机理及优化现有打磨策略，针对该重载线曲线段发生的U75V 热处理钢轨滚动接触疲劳损伤，开展不同半径、运量曲线钢轨的现场试验、室内试验、数值仿真，揭示现场不同圆曲线段钢轨疲劳随服役时间的演化规律。研究结果表明：钢轨疲劳随服役时间的演化大致分为裂纹萌生与快速扩展和裂纹-磨耗共生2个阶段。在进入裂纹-磨耗共生阶段后，R600 m、R800 m重载圆曲线段随着服役时间累计会因钢轨显著失形导致轮轨匹配恶化，虽对轨距角裂纹产生了一定抑制作用，但轨面部分区域产生了严重剥离掉块，可能会威胁到安全行车，究其根本原因是钢轨失形到一定程度后轮轨接触点向轨肩集中所致；所跟踪的其余曲线因钢轨磨耗较小未明显失形，故不会出现严重剥离掉块。在实验室内通过对下道钢轨失效分析后发现，涡流探伤仪测量到的最大深度与真实最大深度间存在误差；测量深度一般大于真实深度，真实深度在变大的同时测量深度与真实深度间的误差会越来越大。基于钢轨滚动接触疲劳时变规律，为进一步延长R600 m、R800 m重载钢轨的使用寿命，建议加大打磨频率(特别是在新轨上道6个月内)，优先将廓形打磨为标准廓形，兼顾磨去疲劳裂纹；对于更大半径曲线考虑到经济性等，保持当前的打磨策略即可。  
        关键词：重载铁路;曲线钢轨;滚动接触疲劳;涡流检测;钢轨打磨   
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        发布时间：2024-09-09
      • “铁路曲线钢轨打磨研究取得新进展，专家提出基于多目标协方差矩阵自适应优化策略的曲线段打磨型面设计方法，为提高铁路系统安全性和经济性提供智能化设计参考。”
        周骏,刘林芽,李纪阳
        2024, 21(8): 3166-3178. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231682
        摘要：铁路曲线钢轨打磨一直是养护维修工作的重点之一，虽然钢轨的磨损不可避免，但适当打磨型面能有效减缓磨损。为了降低打磨去除量，改善轮轨接触性能，提高铁路系统的安全性和经济性，提出一种基于多目标协方差矩阵自适应优化策略(MO-CMA-ES)的曲线段打磨型面设计方法。首先，通过主成分分析方法(PCA)，从钢轨磨耗型面中选取代表性的磨耗型面作为初始种群。接着，采用NURBS曲线拟合算法对这些型面进行曲线拟合，以建立参数化模型。随后，使用MO-CMA-ES算法进行多目标优化，其中目标函数包括降低打磨去除量、轮重减载率和轮轴横向力。根据每个型面在不同目标函数下的适应度值，进行种群的进化与连续迭代，直到满足终止条件，即适应度函数值不再显著变化。最后，从最终的种群中选取目标适应度值最小的子代个体作为最优解。优化结果显示，优化型面降低了45.3%的打磨去除量，同时内外轨轨顶的打磨下降高度分别降低了0.84 mm和0.23 mm。静态轮轨接触方面，优化后的轮轨接触点分布更加均匀，且轨距角过渡区域的跳跃现象得到改善。动力学性能方面，优化型面降低了列车车体的横向加速度和轮轨横向力。此外，有效减小了轮对的横向位移，并微幅降低了轮轨最大接触应力。研究结果为曲线钢轨打磨提供了一种智能化的设计方法与参考。  
        关键词：轮轨磨耗;主成分分析方法;多目标协方差矩阵自适应优化算法;磨耗代表型面;钢轨打磨去除量   
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        发布时间：2024-09-09
      • “在沙漠地区铁路建设领域，我国专家基于折线滑动法原理，建立了风积沙包芯路基边坡稳定性计算体系，为沙漠铁路路基设计提供新方案。”
        冷伍明,周思危,阮波,聂如松,袁立刚,门小雄,董俊利,李家通,沈一凡,赵洋
        2024, 21(8): 3179-3188. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231692
        摘要：我国是世界上沙漠分布最多的国家之一，沙漠中蕴藏着丰富的矿产资源。西部大开发和“一带一路”倡议将进一步推进沙漠地区铁路建设。利用丰富的沙漠风积沙作为铁路路基填料具有重要的经济意义和推广应用前景，风积沙包芯路基是一种充分利用风积沙作为铁路路堤填料的新型结构。为研究列车荷载和风荷载共同作用下风积沙包芯路基边坡稳定性计算方法，基于折线滑动法原理，对路堤结构进行分层分区，采用极限平衡方法，推导出列车荷载和沙漠风荷载共同作用下铁路风积沙包芯路基的稳定性系数计算公式并编制计算程序。结合和若铁路风积沙包芯路基的工程实例，验证了该计算方法的可行性。基于该计算程序，研究了风荷载大小、风向角、路堤填筑高度、填料内摩擦角等影响因素对风积沙包芯路基边坡稳定性系数的影响，分析了风向角、填料内摩擦角等影响因素对风积沙包芯路基边坡砂卵石封层最小厚度的影响。计算结果表明，风积沙包芯路基边坡稳定性系数与风荷载大小近似呈线性负相关，与风向角大小呈非线性正相关。风积沙包芯路基边坡稳定性系数富余量与路堤填筑高度呈负相关。风积沙包芯路基边坡砂卵石封层最小厚度与风向角大小呈非线性负相关，与风积沙填料的内摩擦角大小近似呈线性负相关。建议风积沙包芯路基边坡设计中应考虑风荷载的影响。研究成果可供沙漠地区风积沙包芯路基设计借鉴和采用。  
        关键词：风积沙;包芯路基;风荷载;列车荷载;边坡稳定性分析;路基基床结构   
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        发布时间：2024-09-09
      • “在滑坡防治领域，专家构建了复合式滑坡地质模型和物理力学模型，提出了滑坡推力计算新方法，为滑坡防治提供了科学依据。”
        赵健,姚嘉昊
        2024, 21(8): 3189-3199. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231827
        摘要：由于复合式滑坡不同滑区同一岩土计算参数数值存在差异性，导致滑坡推力大小判别难度加大。根据复合式滑坡破坏模式，概化构建滑坡地质模型，在此基础上建立滑坡物理力学模型，并对各区参数进行理论分析。根据滑坡失稳特征以及前人对复合式滑坡演化阶段划分的研究，将滑坡演化过程划分为前后裂隙开裂、前后滑带局部软化、前后滑带扩展、中部滑带软化、边坡整体失稳5个阶段，基于传递系数法和静力平衡条件构建不同演化阶段下的滑坡推力计算式。以汉巴南铁路某复合式滑坡为例，揭示了滑坡推力随水平距离增加的变化规律，并将计算结果与不考虑不同滑区同一岩土计算参数数值差异得出的计算结果进行对比分析。研究结果表明：1) 在计算复合式滑坡推力时，考虑不同滑区同一岩土计算参数数值差异性的影响，其计算结果更加准确，规避因单一取值而导致计算推力不合理等问题。2) 根据复合式滑坡不同演化阶段下的推力变化规律，在滑坡初期应以推移区和牵引区加固为主，当中部锁固区开始滑动，应以中部锁固区加固为主，同时也要加强推移区和牵引区的加固。3) 在识别复合式滑坡演化阶段的基础上，根据此阶段构建的滑坡推力计算式得出推力空间变化规律，从而可提出较为合理的防治措施。  
        关键词：复合式滑坡;演化过程;参数差异;传递系数法;推力计算   
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        发布时间：2024-09-09
      • “在高速铁路路堤风积沙改性土研究中，专家通过添加剑麻纤维并进行不同养护龄期测试，发现其物理和力学特性显著提升，为沙漠地区工程应用提供新思路。”
        陶嘉伟,苏占东,冉秀峰,李驰,李博,吴思静,张亚宁,宋雨恒,吴承泽,王咸钰,李致丞
        2024, 21(8): 3200-3212. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231709
        摘要：为了研究养护龄期对剑麻纤维风积沙改性土的物理和力学特性的影响，改善水泥固化风积沙改性土脆性开裂特性，选取通辽—新民北高铁所经的科尔沁沙地的实际高速铁路路堤风积沙改性土(95%风积沙+5%水泥)，分别添加0%、0.1%、0.2%和0.4%的剑麻纤维，开展不同养护龄期(7，14，21及28 d)条件下的电阻率测试、纵波波速测试和无侧限抗压试验。试验结果表明：风积沙改性土的电阻率和纵波波速会随着养护龄期的增加而上升，前期增长显著而后期趋于平缓；在标准养护条件下，随着养护龄期的增加(从7～28 d)，各组剑麻纤维掺量风积沙改性土的割线模量呈现对数函数形式增加，各组剑麻纤维掺量风积沙改性土的泊松比均呈小幅度下降趋势，其中不掺加剑麻纤维风积沙改性土的泊松比降幅较大(0.315～0.336，降幅6.63%)，另外3组掺加剑麻纤维风积沙改性土的泊松比降幅较小(0.300～0.308，降幅2.60%)，说明剑麻纤维的掺入对于改善风积沙改性土抵抗侧向变形的能力有限。风积沙改性土的无侧限抗压强度也会随着养护龄期和纤维含量的增加呈现抛物线形式上升，说明养护龄期的增加和剑麻纤维的掺入能有效提高风积沙改性土的抗压强度和延性特征，减轻风积沙改性土的脆性破坏。研究结果对沙漠地区风积沙改性土的工程应用与理论研究具有一定的参考价值。  
        关键词：养护龄期;剑麻纤维;风积沙改性土;物理特性;力学特性   
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        发布时间：2024-09-09
      • “在建筑材料领域，研究人员深入探究了地聚合物修补砂浆的耐久性，通过调整MK和GGBS比例，优化了材料的抗泛碱和抗酸性能，为路面修补材料研发提供了新思路。”
        周英超,但汉成,马志明
        2024, 21(8): 3213-3224. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20240859
        摘要：偏高岭土(MK)和高炉矿渣(GGBS)是制备地聚合物常用的固体原材料，由两者复合制备的地聚合物具有常温固化，黏结强度高以及快硬早强的优点，能够作为修复材料，然而两者比例改变带来的修补材料的耐久性变化尚未得到充分理解。针对该研究的不足，通过设置不同的GGBS/(MK+GGBS)值(质量比：0，20%，40%，60%，80%，100%)，测试地聚合物修补砂浆的吸水量、接触角试验、目视观察地聚合物的泛碱程度以及测试地聚合物泛碱前后的力学性能变化对地聚合物的抗泛碱能力的影响，将地聚合物浸入0.5M(mol/L)的HCl溶液中1，3和5 d，通过目视观察以及测试地聚合物的质量和强度损失，对地聚合物的抗酸性能做出评估。热重(TG)、傅里叶红外光谱(FTIR)和X射线衍射(XRD)被用于对高Ca体系和低Ca体系的耐酸机理做出讨论。另外，考虑到修补材料与基体的相容性同样重要，在干缩测试中以水泥为对照，在酸化测试中以黏结试件为对象，并测试地聚合物和水泥的热变形，以评估两者的相容性。研究结果表明，MK和GGBS比例合适时，地聚合物拥有更为致密的结构，表现出较低的吸水量和泛碱程度。MK含量较高时，产生的地聚合物凝胶有更强的耐酸性。适当增加GGBS，能够通过提升结构的致密性使得修补材料的耐久性得到提升。研究成果可为刚性路面的高性能耐久的快速修补材料研发提供技术参考。  
        关键词：偏高岭土;高炉矿渣;地聚合物;修补砂浆;路面病害   
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        发布时间：2024-09-09

        桥梁隧道与结构

      • “在轨道及桥梁结构参数随机性研究领域，专家基于代理模型，采用SSA-BP神经网络，深入探讨了轨道-桥梁间弹簧刚度和阻尼的随机性对车-轨-桥耦合系统动力响应的影响，为车轨桥系统随机振动响应预测提供了新思路。”
        何旭辉,赵永帅,蔡陈之
        2024, 21(8): 3225-3236. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231756
        摘要：轨道及桥梁结构参数随机性对车-轨-桥耦合系统的振动影响不能忽略。基于代理模型研究轨道-桥梁间3层弹簧刚度和弹簧阻尼以及桥梁刚度和阻尼的随机性对竖向车-轨-桥耦合系统动力响应的影响。首先，基于经典的车-轨-桥耦合系统力学模型(没有考虑桥墩)，采用Monte-Carlo生成2 000个样本集，作为代理模型的训练集。然后，对比SSA-BP(麻雀优化BP算法)与传统BP神经网络、GA-BP神经网络(遗传优化BP算法)对车辆和桥梁响应的预测精度，同时探讨样本数量以及Levenberg-Marquardt和Bayesian Regulation训练算法对SSA-BP神经网络预测精度的影响。最后，假定各随机参数概率分布规律服从高斯型正态分布，所有随机参数变异系数均分为0.05、0.10、0.15、0.20、0.25等5个级别，采用所提出的SSA-BP神经网络研究轨道及桥梁的刚度和阻尼变化对车辆和桥梁响应极值的影响。结果表明：与经典的车-轨-桥耦合系统力学模型相比，所提出的代理模型具有更高的计算效率；SSA-BP模型对车辆和桥梁响应的预测精度高于GA-BP模型，GA-BP模型的预测精度高于传统的BP模型；SSA-BP模型采用Levenberg-Marquardt训练算法对车辆和桥梁响应的预测精度优于Bayesian Regulation训练算法的预测精度；道砟和桥梁之间弹簧刚度的随机变化对桥梁随机振动响应尤为明显；钢轨和轨枕之间弹簧刚度的随机性对车体响应的影响不可忽视，而桥梁刚度和阻尼随机性对车体的影响可不考虑。研究成果可为车轨桥系统随机振动响应预测进一步研究提供依据和参考。  
        关键词：桥梁工程;车轨桥系统;SSA-BP;随机振动;代理模型   
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        发布时间：2024-09-09
      • “在基础设施建设领域，最新研究揭示了3D打印混凝土的弯曲疲劳性能，通过大量试验分析了钢纤维对提升构件抗弯拉强度和耐疲劳性能的显著作用，为交通行业智能化发展提供了重要支撑。”
        杜仕朝,康春霞,邬晓光,刘仲洋
        2024, 21(8): 3237-3247. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231744
        摘要：为研究3D打印混凝土弯曲疲劳性能，通过216根3D打印试件弯曲疲劳试验，分析不同钢纤维体积率ρf和纤维长度lf对构件弯拉强度和弯曲疲劳性能的影响规律，基于双参数Weibull分布理论推导不同失效概率下的疲劳寿命计算公式，提出不同失效概率下的疲劳方程lg S=lg a-b lg N，并进一步分析钢纤维ρflf/df对构件疲劳性能的影响规律。研究结果表明：3D打印混凝土构件疲劳破坏实际是钢纤维发挥阻裂作用的过程，在裂缝产生、扩展、收缩、再扩展、再收缩直至破坏的过程中，裂缝的宽度、长度和深度一直在发生变化，从宏观角度是材料强度和弹性模量不断下降的过程，而微观角度是材料内部组织结构不断劣化的过程。3D打印构件中掺入的钢纤维能够有效阻止横向裂缝的产生和扩展，显著提升混凝土构件的抗弯拉强度、阻裂能力和耐疲劳性能，使其破坏形式由突然脆性破坏过渡为具有韧性的塑性破坏。钢纤维ρflf/df是影响构件抗弯拉疲劳性能的重要因素，在相同的应力比S=0.65作用下，钢纤维ρflf/df由0增至0.60时，构件疲劳次数N提高了252%；相同的疲劳次数N=106作用下，钢纤维ρflf/df由0增至0.60时，应力比提高了9.15%。3D打印混凝土试件中，钢纤维体积率ρf比钢纤维长度lf对疲劳性能的影响程度更明显。研究结果为进一步推动3D打印技术在道路、桥梁等基础设施领域的应用，促进交通行业智能化、工业化发展具有重要意义。  
        关键词：3D打印试件;弯曲疲劳性能;Weibull分布;钢纤维;塑性破坏   
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        发布时间：2024-09-09
      • “在大直径盾构隧道领域，成都锦绣隧道项目采用新型环间接头，通过三维模型和足尺试验验证，显著提升抗剪性能和管片保护，为工程应用提供新思路。”
        刘议文,周子扬,封坤,何川,林刚
        2024, 21(8): 3248-3261. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231757
        摘要：为在大直径盾构隧道中更好发挥接头的抗剪、定位功能，设计安装于管片环缝螺栓孔处、外套于螺栓的空心套筒，为了探究“直螺栓+套筒”新型环间接头的抗剪性能，以成都锦绣隧道为背景，建立环间接头的三维精细化数值模型，并开展足尺试验对数值模型的计算精度进行验证。结果表明：新型环间接头在抗剪过程中主要分为3个受力阶段：摩擦段、构件抗剪段和破坏失效段，其抗剪刚度随着错台的发展呈现出非线性。套筒对接头的抗剪性能有明显的强化作用，将超过其承载能力的剪切荷载平稳过渡给螺栓，避免了管片突然产生滑移错台，并对管片有一定的保护作用。套筒与直螺栓的受力配合机理为：在管片产生微小错台时，套筒发生弹性变形并承担主要剪力，随着错台量增大，套筒逐渐进入塑性状态，螺栓承担主要剪力。套筒的加入能显著改善环间接头对于微小错台的控制能力，并且由于其自身具备的导向定位功能，能在管片拼装阶段就达到降低错台率和错台量的效果。足尺试验表明新型接头的破坏形式为：套筒、螺栓进入塑性状态而失效，管片发生以螺栓孔为对称中心、与水平方向成30°～45°的对称剪切破坏，管片薄弱区域为螺栓孔附近位于管片内弧面一侧的钢筋混凝土。研究成果将为此类接头今后的工程应用提供参考。  
        关键词：盾构隧道;环间接头;数值模拟;抗剪性能;接头足尺试验   
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        发布时间：2024-09-09
      • “在地质工程领域，专家基于小孔扩张理论，建立了单齿推力理论模型，为预测不良地质地层提供新方法。”
        杨宏伟,韩凤岩,唐晖,李慧臻,刘文杰,黄林冲,陈瑜
        2024, 21(8): 3262-3273. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231832
        摘要：数字化超前钻探依赖于建立随钻参数与围岩特征之间的定量关系，如何定量分析围岩破碎程度对于推力的影响是个重要难题，对于预测不良地质地层具有重要意义。提出一个基于小孔扩张理论的单齿推力理论模型，模型采用Hoek-Brown破坏准则和非关联流动法则，描述岩石破碎程度对于岩石强度的影响。基于弹塑性力学，推导小孔扩张模型的应力场和位移场，并将模型应用到岩石贯入试验中，建立单齿贯入岩石过程中贯入深度与无量纲塑性区半径的定量关系。该理论模型考虑了刀头形状参数、岩石破坏程度和围压等重要参数对于推力的影响，并可以得到单齿贯入岩石过程中贯入深度与贯入力的定量关系。为验证模型的准确性，开展2种不同地质强度指标的楔形探头贯入岩石试验，试验结果与模型曲线趋势及数量级一致。将模型预测结果与文献中试验数据相对比，进一步验证了模型的可靠性，且表明本文模型在实际工程利用贯入力预测掌子面围岩破碎程度时更趋于安全。参数分析研究表明，岩石破坏程度、围压和岩石强度参数对于推力影响较大，推力与地质强度指标呈负相关关系，与围压和楔形刀头倾角呈正相关关系。结合钻头中单齿分布情况，该理论模型可以用来探讨实际工程推力参数与围岩参数的关系，推进实现数字化超前钻探。  
        关键词：小孔扩张理论;单齿推力模型;岩石破碎;Hoek-Brown 准则;围压   
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        发布时间：2024-09-09
      • “在结构拓扑优化领域，Q学习-元胞法(QCA)的提出，为工程构件优化设计提供了新思路，优化效率显著提升，具有广阔应用前景。”
        宋旭明,史哲宇,包世鹏,唐冕
        2024, 21(8): 3274-3285. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231813
        摘要：传统的拓扑优化算法均基于灵敏度分析的方式求解，如渐进结构优化法(Evolutionary Structural Optimization, ESO)和变密度法(Solid Isotropic Material with Penalization, SIMP)等，灵敏度分析依赖于严谨的数学模型，结果可信度高，但面对不同的结构和约束条件都需要反复重新推导单元灵敏度，对使用人员的数学能力有较高要求，而且也导致了收敛速度慢、迭代步数多的问题。针对现有优化方法中存在的缺陷，结合强化学习Q学习理论和元胞自动机原理，提出一种新的拓扑优化方法：Q学习-元胞法(Q-learning-Cellular Automaton, QCA)，尝试为工程构件的优化设计提供一种新思路。这种方法以有限元单元作为元胞，将所有元胞的智能行为集成为一个Q-learning智能体。训练过程中，各个元胞首先完成对自身环境的感知，然后调用智能体进行决策并通过环境交互得到反馈，智能体也借此得到大量数据来学习更新，整个过程不涉及数学模型推导，通过智能体和元胞的不断探索即可完成优化。在此基础上，探讨元胞的选择及其邻域和状态的描述方式，针对元胞的动作空间及收益函数进行比选，进而编制相关拓扑优化软件。优化算例表明，QCA方法优化后的拓扑构型与传统优化方法的构型基本一致，迭代步数较SIMP法降低了64%，且柔顺度更低。Q学习-元胞法在结构拓扑优化中具备良好的可行性，计算效率高且具有迁移优化能力，在结构拓扑优化领域极具潜力。  
        关键词：拓扑优化;强化学习;Q学习;元胞自动机;优化计算   
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        发布时间：2024-09-09

        智能制造与装备

      • “在高速列车车体模态频率提升领域，专家提出了一种新颖的评估与改进方法，成功优化了车体结构，为模态频率优化提供了新路径。”
        周韶泽,张军,兆文忠
        2024, 21(8): 3286-3297. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20240457
        摘要：针对高速列车车体低阶模态频率提升过程中，传统灵敏度分析方法存在的设计变量繁多和难以识别出优先改进部件的难题，提出了一种新颖的车体模态频率贡献度评估与结构改进方法。重点分析了铝合金车体板件厚度与模态频率的灵敏度关系，并在此基础上提出了部件模态贡献度概念，推导和建立了描述部件模态频率灵敏度与贡献度的数学模型。通过对动车组车体中各铝型材的贡献度进行计算，详细分析了车顶、侧墙、底架等六大部件对前3阶模态频率的影响。研究揭示，部件模态贡献度表示了局部部件对整体结构模态影响的大小，呈现了灵敏度无法显示的全局量化指标。车顶部件对车体前3阶模态的贡献度最大，侧墙和底架居中，底架边梁、端墙和牵枕缓最小。车顶与侧墙、侧墙与底架连接处的型材对低阶模态产生了显著影响。通过增加内外板厚度并适度降低内部筋板厚度的策略，可提升1阶垂弯模态频率。应用所提出的方法，基于车体54个部件模态贡献度，成功甄别出车顶和连接处型材等优先优化部件并进行了改进，实现了1阶垂弯模态频率从9.5 Hz提升至10.2 Hz，同时将车体重量增加控制在43 kg以内，验证了方法的有效性和高效性，为车体模态频率的优化提供了清晰的路径。该方法具有广泛的适用性，可推广应用于其他领域的结构模态改进。  
        关键词：动车组车体;模态频率;灵敏度;模态贡献度;结构改进   
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        发布时间：2024-09-09
      • “在列车安全防护领域，专家设计了圆柱销-凹槽挤压式吸能结构，通过实验与仿真验证了其缓冲力特性，为列车碰撞防护提供新思路。”
        李飞,肖毅华
        2024, 21(8): 3298-3309. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231892
        摘要：防爬器是列车被动安全防护系统中的重要组成部分，在列车碰撞过程中吸收碰撞能量，减少对车体的损伤，保护乘员的安全。吸能结构是防爬器中的关键部分，不仅要能提供足够的缓冲力，而且要使缓冲力具有良好的平稳性，并具有较好的抗偏载能力。为探讨一种圆柱销-凹槽挤压式吸能结构的吸能特性，设计一组由相同直径的圆柱销和不同槽宽的凹槽组成的挤压式吸能结构，基于万能材料试验机对其开展准静态下的吸能特性测试，获得吸能结构的缓冲力变化曲线。实验结果表明：该吸能结构的缓冲力变化平稳，经过较短的挤压行程即能达到稳定状态；随着槽宽减小，挤压量增加，稳态缓冲力增大；但槽宽过小时，会造成凹槽侧壁从根部发生断裂，使得稳态缓冲力反而降低。同时，建立该挤压吸能结构的吸能特性有限元仿真模型，对其挤压吸能过程进行仿真。仿真结果与实验结果符合度良好，较好再现了缓冲力的变化规律以及槽宽对缓冲力的影响。基于仿真模型，研究凹槽壁厚、圆柱销偏移等因素对该吸能结构吸能特性的影响。结果表明：随着壁厚增加，稳态缓冲力增大，但稳态力的增加幅度逐渐减小；随着圆柱销偏移位移增加，稳态缓冲力逐渐减小，缓冲力曲线波动更剧烈。  
        关键词：列车碰撞;吸能结构;挤压试验;缓冲力;数值模拟   
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        发布时间：2024-09-09
      • “在高速列车螺栓紧固结构防松设计领域，研究人员通过试验与仿真，量化表征了松动特征参量，为防松设计提供科学依据。”
        蒋广耀,鲁连涛,张明远,曾东方
        2024, 21(8): 3310-3320. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231901
        摘要：为建立评价螺栓紧固结构在横向振动载荷作用下的松动判据，开展基于升降法的螺栓松动试验，联合有限元仿真计算，对螺栓紧固结构松动特征参量进行量化表征。首先，使用设计改进后的试验装置进行螺栓松动试验，在3种不同的预紧力条件下，通过升降法确定对应的3个最小横向松动载荷；然后，基于试验条件，建立带有螺纹接触面的螺栓紧固结构有限元模型，逐级施加横向载荷，直至有限元模型预紧力发生明显下降；最后，对被夹板接触面上的多个参量进行分析，讨论不同参量在螺栓发生松动时的变化情况。试验与仿真结果表明：螺栓紧固结构的松动主要受上、下被夹板接触面的摩擦力影响；在不同预紧力条件下，螺栓紧固结构发生松动时，其最小横向松动载荷不同，预紧力越大，最小横向松动载荷也越大；当螺栓紧固结构在3个最小横向松动载荷作用下发生松动时，得到的3个被夹板中心线上的位移量最大值基本相等；位移量最大值的数值与螺栓预紧力大小无关，属于螺栓紧固结构基本属性，因此将此位移量最大值作为螺栓紧固结构的松动特征参量，以表征横向振动载荷作用下螺栓紧固结构的松动。当螺栓紧固结构尺寸和预紧力已知时，基于该参量，可以计算出使螺栓发生松动的最小横向载荷幅值。研究成果可以为高速列车中的螺栓紧固结构防松设计提供依据。  
        关键词：螺栓紧固结构;预紧力;松动;位移量;防松设计   
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        发布时间：2024-09-09
      • “在永磁同步牵引电机传动系统领域，专家提出了自抗扰级联模型预测电流控制方法，有效抑制转矩脉动和零序电流，提升系统控制性能。”
        高锋阳,吴银波,徐昊,史志龙,岳文瀚,孙伟
        2024, 21(8): 3321-3334. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231789
        摘要：为抑制共母线开绕组永磁同步牵引电机传动系统转矩脉动和由共模电压以及三次谐波反电动势作用于零轴回路产生的零序电流，提出一种自抗扰级联模型预测电流控制方法。首先，在第1级采用第1个有效电压矢量使得q轴电流增加，第2个有效电压矢量使得q轴电流减小，这一新的筛选组合规则将2个有效矢量根据对q轴电流作用效果分组寻优和作用时间分配；其次，在第2级对第1级所选有效电压矢量的零轴分量局部寻优，在第3级对第1级和第2级优化后系统产生的零轴电流分量采用极性相反的零矢量进行矢量分类寻优抑制，并精确分配作用时间；然后，在第4级对前3级所选电压矢量进行开关状态局部寻优，确定最优电压矢量的低开关频率状态组合作用于逆变器。最后，引入自抗扰控制减少电机启动加速过程中的调速超调，并对所提策略和双矢量模型预测电流控制进行稳态和动态仿真对比。结果表明：所提策略对转矩脉动、零轴电流、总谐波畸变率、开关频率和调速超调都具有很好的抑制效果，避免了传统模型预测控制的多目标代价函数中权重系数整定，对系统的控制性能有明显的提升作用。研究结果为进一步对共母线开绕组永磁同步牵引电机传动系统弱磁控制进行究，以及将驱动控制系统应用于机车牵引提供参考。  
        关键词：开绕组永磁同步牵引电机;级联模型预测;转矩脉动;零轴电流;自抗扰控制   
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        发布时间：2024-09-09

        工程经济•工程管理•规划设计

      • “在铁路隧道工程领域，专家基于突变理论构建了质量风险耦合效应分析模型，为复杂山区铁路隧道勘察设计工程质量风险决策提供理论支撑。”
        王晨,王卫东,李艳鸽
        2024, 21(8): 3335-3346. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231886
        摘要：铁路隧道工程勘察设计阶段工作对整个工程的全生命周期质量具有重要影响。然而，山区地质条件复杂、自然灾害频发等特点给铁路隧道勘察设计带来极大挑战，而且铁路工程质量风险构成复杂，风险事件的发生通常是多风险耦合作用的结果。目前关于铁路隧道的研究多聚焦于隧道的关键技术、施工安全、绿色性能等方面，鲜有立足勘察设计阶段的山区铁路隧道质量风险耦合研究。为从勘察设计阶段提高隧道工程质量目标的成效，提出基于突变理论的质量风险耦合效应分析模型。首先从内部诱因(人员、技术、管理)和外部诱因(地质、社会、自然)2个维度辨识影响复杂山区铁路隧道勘察设计的质量风险源，并结合改进重要性-绩效分析法(IPA)对风险因子进行层级归类；其次分析多风险因素耦合的形成机理，基于突变理论从耦合度和稳定性2个方面分析铁路隧道勘察设计工程质量风险耦合效应，并构建尖点突变模型进行风险耦合路径演化分析；最后以某复杂山区铁路隧道为例，利用提出的方法进行验证，确定其风险耦合等级为Ⅲ级，存在高风险的耦合程度，质量风险需要警惕，但整体系统处于稳定状态。该研究可以为复杂山区铁路隧道勘察设计工程质量风险决策提供理论支撑。  
        关键词：复杂山区铁路隧道;勘察设计;质量风险耦合;突变理论;改进重要性-绩效分析法(IPA)   
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        发布时间：2024-09-09
      • “在大型场馆建设领域，研究者基于“人员-材料设备-技术-环境-管理”框架，构建了风险评估方法，为施工安全管理提供科学依据。”
        李家才,冷振清,岳建军,李瑚均
        2024, 21(8): 3347-3357. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20240646
        摘要：大型场馆多采用大跨度钢桁架作为屋面支撑结构，而大跨度钢桁架因其尺寸与质量大、拼接工序繁琐，施工过程中易发生安全事故，导致重大人员伤亡和经济损失，有必要探究和评估大跨度钢桁架场馆施工安全风险。基于“人员-材料设备-技术-环境-管理”框架，运用文献研究和专家讨论等来辨识安全风险，集成灰色关联度(GCD)与模糊证据推理(FER)构建相匹配的风险评估方法，并选用ZN大学体育馆项目开展案例实证。研究发现：大跨度钢桁架场馆施工安全风险清单包括施工人员、施工材料与设备、施工技术、施工环境、施工管理等5类1级安全风险以及21个2级安全风险；安全风险清单与评估方法可分别用来辨识相关安全风险因素和评估各级安全风险等级；实证研究揭示ZN大学体育馆项目的施工安全风险为中等级风险，施工管理风险与施工技术风险为显著的1级安全风险，钢桁架高空拼接技术不完备为显著的2级安全风险。研究可丰富大跨度钢桁架场馆施工安全风险评估的理论知识，为安全管理人员现场开展科学有效的安全管理提供参考。  
        关键词：大跨度钢桁架场馆;施工安全风险评估;安全风险清单;灰色关联度;模糊证据推理   
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        发布时间：2024-09-09
      • “山区铁路隧道钻爆法施工安全风险研究，专家构建风险演化网络模型，提出防控措施，为施工安全提供参考。”
        李昌友,王昱,张彦春
        2024, 21(8): 3358-3369. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231830
        摘要：山区铁路隧道钻爆法施工安全风险突出，探索安全风险演化路径并提出安全风险防控措施，对减少安全事故发生意义重大。针对山区铁路隧道钻爆法施工特点，运用文本挖掘分析历史安全事故资料、铁路标准规范资料、现场安全风险评估报告、相关研究文献资料等，结合“4M1E”理论和专家经验识别山区铁路隧道钻爆法施工主要安全风险因素和安全风险事件。采用质性分析法，结合现场调研和专家访谈，提取安全风险因素间、安全风险事件间、安全风险因素及事件间相互关系，构建山区铁路隧道钻爆法施工安全风险演化网络模型。基于风险演化理论、复杂网络理论等，利用度中心性、介数中心性、聚类系数、特征向量中心性、中间中心度等多项指标分析山区铁路隧道钻爆法施工安全风险演化网络节点重要度、边的关键性，从而确定关键链演化路径，并提出安全风险防控措施。研究结果表明：山区铁路隧道钻爆法施工安全风险包括人员、设备、技术、管理、环境5类共41个主要安全风险因素和塌方、突泥涌水等6个主要安全风险事件，确定了安全风险演化网络中8个关键节点、20条关键边和3条关键链，针对关键链风险演化路径提出了安全风险防控措施，为提高山区铁路隧道钻爆法施工安全风险管理水平提供参考。  
        关键词：山区铁路隧道;钻爆法;安全风险识别;安全风险演化路径;安全风险防控;复杂网络   
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        发布时间：2024-09-05
      • “在铁路施工安全管理领域，专家构建了事故致因体系，通过改进算法挖掘关键致因，为预防管控提供新方法。”
        蔡近近,宋瑞,何世伟,赵日鑫,姜俊平
        2024, 21(8): 3370-3381. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231837
        摘要：铁路营业线施工事故致因因素众多且存在关联关系，挖掘事故致因之间的关联关系和因果关系对事故的预防管控具有重要意义。通过文本挖掘对2010—2022年某路局营业线事故调查报告进行处理，提取出51个事故致因因素。基于事故因果连锁理论将致因因素分为人因层、设备层、环境层、管理层4个层级进行分层分析，构建铁路营业线施工事故致因体系。基于压缩算法和差分编码对传统FP-Growth算法进行改进，以此对铁路营业线施工事故致因进行挖掘，找到满足提升度要求的高支持度关联规则和高置信度关联规则，发现关键致因关联和事故致因规律。基于贝叶斯网络理论、致因关联关系和专家经验建立营业线施工安全风险贝叶斯网络，结合复杂网络理论分析网络节点度、聚类系数与节点介数等特征，找到关键致因因素。在此基础上，运用因果推理和故障诊断推理进一步剖析营业线施工过程中的高风险致因，并从“人防、物防、技防”3方面提出预防管控措施。案例结果表明：施工人员操作不当、施工造成接触网故障、施工导致设施设备侵限、施工作业损害电缆设备、施工造成轨道电路故障和施工、检修、清扫设备耽误列车类事故之间的关联关系较为频繁，且为红光带事故的高概率致因，在施工作业过程中应多层次重点预防管控。研究成果为铁路营业线施工安全管理提供一种新的风险分析方法。  
        关键词：铁路营业线施工事故;改进FP-Growth算法;关联规则挖掘;贝叶斯网络推理;致因体系   
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        发布时间：2024-09-09
      • “在铁路安全领域，专家提出了基于情景推演的预测性防控方法，有效降低铁路降雨灾害误报率，为铁路灾害预测与防控提供新思路。”
        马小平,李松,张瀚青,王旭,严晗
        2024, 21(8): 3382-3393. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231833
        摘要：铁路降雨灾害类型众多且十分容易引发铁路事故，现有的降雨量等单一指标监测、阈值式报警方式，导致铁路降雨灾害误报率、虚报率居高不下。为了有效应对铁路降雨灾害监测预警难、风险预测不准确以及防控措施选择难等关键问题，提出一种创新的基于情景推演的预测性防控方法。首先，依据铁路事故报告和降雨灾害的成因机制，将12种铁路降雨灾害分为五大类情景；接着，基于扎根理论为每种情景类型识别并分类相关的情景要素，运用情景削减方法为每种情景类型构建最优情景集和防控策略集，从而形成一个包含5类情景的情景网络。其次，为了满足铁路防灾决策需求，建立了灾害计划推演预测和实时推演预测2种模型，并提出一种将情景网络转换为灾害贝叶斯网络的方法，通过将实际情景与情景网络进行精确匹配进行推演预测，并根据“情景-应对”方法选择合适的防控策略。最后，以石庙沟车站的滑坡灾害为例进行了实例分析和验证，结果显示，通过本方法进行的推演预测能够准确反映灾害的发展过程，推演得到的情景与实际灾害发展情景高度一致，情景相似度达到93%，灾害发生的概率为88%。采取相应防控措施后，滑坡灾害的发生概率显著降低至12%，列车脱轨的可能性也从70%降至1%，证实了本方法的准确性和实用性。该研究可为铁路降雨灾害的预测与主动防控提供重要的理论与技术支撑。  
        关键词：铁路降雨灾害;情景推演;扎根理论;贝叶斯网络;“情景-应对”   
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        发布时间：2024-09-09

        工程诊所•工匠之家

      • “在铁路信号处理领域，研究者提出了三稳态随机共振系统，通过混沌麻雀算法优化，有效提升了移频信号的信噪比，增强了信号的抗干扰能力，为信号检测提供了新思路。”
        武晓春,刘欣然
        2024, 21(8): 3394-3405. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231780
        摘要：针对ZPW-2000移频信号谐波干扰检测技术在抑制噪声时，不可避免损害有用信号的问题，提出三稳态随机共振系统，将部分噪声能量向移频信号能量转化，减少移频信号能量损失。首先，将移频信号的中心频率从较高频段搬移到较低频段，着重研究移频信号的有用频段。选取尺度变化系数为1 000，保证输入信号在尺度变化的过程中满足数值计算的稳定性，使尺度变换后的小参数信号满足绝热近似理论。其次，使用混沌麻雀算法(chaos sparrow search optimization algorithm, CSSOA)优化三稳态随机共振系统，得到输出信噪比(signal-to-noise ratios, SNR)最大时的系统参数a、b、c以及γ。然后，将搬移至低频区段的移频信号输入至优化后的三稳态随机共振系统，实现信号降噪。最后，对降噪信号采用复调制快速傅里叶算法(zoom fast fourier transformation, ZFFT)实现低频信号的检测。仿真结果表明：对比三稳态随机共振系统处理前后移频信号频谱图，显示频域特征增强，在降噪的同时不损害移频信号的能量；以-5 dB为步长将噪声注入至移频信号时，输出信噪比至少可提升16.54 dB；降噪后的信号通过ZFFT算法解调能够完成ZPW-2000移频信号低频信号的检测。对比经验模态分解算法、小波阈值算法等算法处理不同信噪比的含噪移频信号，验证混沌麻雀算法优化的三稳态随机共振系统输出信噪比较大，降噪效果较好，具有良好的抗干扰能力。研究结果为实现在抑制噪声的同时减少移频信号能量损失提供参考。  
        关键词：三稳态随机共振;ZPW-2000移频信号;尺度变换;输出信噪比;信号检测   
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        发布时间：2024-09-05
      • “在结构健康监测领域，研究者提出了一种基于多维数据耦合-小波变换的固支梁损伤特征识别方法，有效放大损伤特征，为实际结构损伤识别提供理论依据和技术支持。”
        郭佳,管德清,王玉奎,钟俊萍
        2024, 21(8): 3406-3420. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20240392
        摘要：为了解决固支梁的损伤特征识别问题，提出基于多维数据耦合-小波变换的固支梁损伤特征识别方法。以均匀损伤和非均匀损伤为研究对象，提出非均匀损伤的简化思路。以固支梁的应变模态为损伤参数，对梁进行多维切片，从而将梁不同维度的应变模态独立以便获取各维度应变模态数据，通过多维数据耦合方法将不同维度的应变模态数据耦合，放大损伤特征，使单维应变模态数据具有多维特性。对耦合数据进行小波变换得到耦合数据的小波系数图，对比小波系数图中奇异点位置的奇异性大小识别固支梁的损伤特征(损伤位置与形状)。含均匀损伤与非均匀损伤固支梁的数值模拟与试验分析表明：多维数据耦合能有效放大损伤特征，使得小损伤在实际工程中能被识别；同一工况下损伤程度越大则其对应的小波系数奇异性也越大，因此根据小波系数的奇异性大小能有效识别固支梁的损伤位置与损伤形状；在试验情况下，多维耦合数据的小波系数能有效规避边缘效应，使得固支梁的边缘损伤特征能被识别。上述研究表明所提出的损伤识别方法能有效解决固支梁损伤特征识别问题，为解决基于小波变换损伤识别方法在损伤特征识别方面的不足提供了途径，并能有效解决实际结构的边缘损伤识别问题，为实际结构的损伤识别提供理论依据和技术支持。  
        关键词：非均匀损伤;损伤特征识别;多维数据耦合;小波变换;结构试验   
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        发布时间：2024-09-09
      • “在隧道裂缝检测领域，研究者提出了CrackViT算法，有效平衡了检测精度与实时性，为隧道安全检测提供了新方案。”
        邝先验,徐姚明,雷卉,程福军,桓湘澜
        2024, 21(8): 3421-3433. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231768
        摘要：裂缝检测对保证隧道结构安全至关重要，及时发现隧道裂缝缺陷，有利于降低工程维修成本和保障行车安全。然而，传统卷积神经网络在隧道裂缝检测任务中主要侧重提高检测精度和算法复杂度，如何平衡裂缝检测的精度和实时性是当前研究的一个难点。针对这一问题，本文提出一种基于轻量级Transformer的裂缝分割方法CrackViT。首先，采用卷积神经网络与Transformer混合的MobileViT网络构建裂缝特征提取网络，减少网络模型参数和计算量，并且有效提取裂缝图像全局信息和局部特征信息。然后，提出改进空洞空间金字塔池化解码器实现不同尺度的特征提取和信息融合，实现像素级概率分布。同时，裂缝图像存在细节信息缺失问题，引入高效通道注意力模块，增强对裂缝特征信息的提取能力。此外，针对裂缝与背景类别不平衡问题，设计了在线困难样本挖掘损失函数进行缓解。实验结果表明：在单个3050Ti GPU上，CrackViT算法最终在裂缝数据集上以63 FPS的速度获得了75.62%的IoU，模型参数量仅为2.43 M。CrackViT-L模型精度IoU为76.83%，模型参数量为3.56 M，模型推理速度达到61FPS。算法测试精度优于大多数主流模型，并且需要更少的模型参数。研究结果表明，CrackViT所预测的隧道裂缝分割图像边缘更加清晰和完整，保持推理速度的同时，能够有效检测裂缝，该算法有助于隧道裂缝检测实际应用。  
        关键词：裂缝分割;Transformer;MobileViT;空洞空间金字塔池化;轻量级模型   
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        发布时间：2024-09-09
      • “在城镇地下空间地质病害体探测领域，研究人员采用等值反磁通瞬变电磁法(OCTEM)，通过三维正演研究其对不同地电类型地质病害体的探测能力，为预防地面塌陷事故提供重要方案。”
        杨旭东,席振铢,龙霞,黄基文
        2024, 21(8): 3434-3444. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231733
        摘要：城镇地下空间地质病害体造成地面塌陷事故时有发生，对人民群众的生命财产安全构成巨大威胁。采用地球物理方法探测和预报地下空间地质病害体是预防城镇地面塌陷事故的重要方案。瞬变电磁法(TEM)是探测地下空间地质病害体的重要方法之一。等值反磁通瞬变电磁法(OCTEM)采用免接地、小体积、弱耦合的收发一体小型天线，便于在城镇硬化地面及施工空间受限的场地进行快速探测。本文结合理论计算和实际应用来研究OCTEM对地下地质病害体的探测能力。首先基于矢量有限元实现OCTEM三维正演，研究不同地电类型地质病害体的OCTEM响应特征。根据地下地质病害体的电性特征，构建了纯低阻型、纯高阻型、低阻-高阻复合型3类地质病害体地电模型，对比分析不同地电类型的地质病害体的异常响应，并计算包含地质病害体时的响应与不包含地质病害体时的背景响应之间的相对异常。计算结果表明：OCTEM对纯低阻型和低阻-高阻复合型地质病害体比较敏感，对纯高阻型地质病害体相对不敏感。对于低阻型或低阻高阻复合型地质病害体，低阻部分与围岩电阻率差异越大、厚度越大、埋深越浅，则相对异常越大，越容易被探测。随着深度加大，OCTEM探测分辨能力将减小。最后，通过在湖南浏阳某村镇试验剖面探测地下岩溶地质病害体案例，分析OCTEM的探测效果。  
        关键词：等值反磁通瞬变电磁法;探测;地下空间;地质病害体;相对异常   
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        发布时间：2024-09-09
      • “在地铁临近住宅建筑室内结构噪声预测领域，专家通过多点同步测试和数值仿真，揭示了楼板振动与噪声的关联性，为结构噪声预测提供新思路。”
        曾钦娥,宋瑞祥,吴丹,邬玉斌,何蕾
        2024, 21(8): 3445-3454. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231766
        摘要：结构噪声是引起地铁临近住宅建筑居民烦恼的最直接原因，结构噪声与室内楼板振动之间相关性是进行地铁临近住宅建筑室内结构噪声预测及控制的关键问题。以某地铁邻近某高层住宅为研究对象，通过多点同步测试获得4个不同大小房间的楼板垂向加速度及室内结构噪声，分析楼板垂向加速度、声压的频率特性及两者之间的相干性，对比分析不同房间振动噪声的卓越频段及其相干频段的差异性，结合数值仿真方法，揭示不同房间加速度-声压相干性的差异原因，同时，利用不同列车通过时振动离散性特点对室内结构噪声典型1/3频带处的加速度级与声压级进行线性拟合优化，分析两者的相关性及其与房间特性之间的关联性。研究结果表明，楼板振动加速度卓越频段、噪声卓越频段均随房间大小改变而显著变化，4个房间的声压峰值频率分别为49、40和50、49、65 Hz，且振动卓越频段与噪声卓越频段之间非完全重叠；房间振动与噪声的相干频段与振动的卓越频段部分重叠，与噪声的卓越频段基本不重叠，受声腔简正模式的影响，在噪声峰值频率处的相干性较低，相干系数均小于0.5；受房间简正模式的影响，不同尺寸房间4个典型1/3频带处(40、50、63和100 Hz)楼板垂向加速度级与声压级的修正量变化范围为12.0～34.9 dB，对结构噪声的预测建议按房间尺寸及频带进行分类处理。研究成果可为地铁临近住宅建筑室内结构噪声的预测提供参考。  
        关键词：地铁;住宅建筑;振动;结构噪声;相关性   
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        发布时间：2024-09-09
      • “在列车车底螺栓检测领域，研究者提出了基于C3F-YOLOv5的轻量化检测方法，显著提升了识别精度和检测速率，为列车行驶安全提供了有力保障。”
        董华军,韩华豫,李籽骁,朱晔,李金金
        2024, 21(8): 3455-3468. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20231867
        摘要：提高目标检测在列车车底复杂背景下螺栓的识别精度及检测速率，对于提高列车行驶安全性具有重要意义。为高效检测螺栓，提出一种基于C3F-YOLOv5的轻量化列车车底螺栓检测方法。使用自行设计的履带式车底检测机器人获取车底螺栓图片，并混合自行搭建的模拟平台螺栓图片与真实的列车车底螺栓图片作为最终数据集。将C3模块中的Bottleneck结构替换为Faster_Block结构，改进为C3F模块；并分别与FasterNet、GhostNet和MobileNetV3轻量化结构进行对比。此外，引入注意力机制CA模块，同时将原有损失函数LGIoU替换为更为契合的LMPDIoU；使用SE模块和CBAM模块分别与CA模块进行比较，作为消融实验。最后采用LAMP分数的计算方法对模型权重参数排序，并将不重要的权重参数剪枝，作为新型模型压缩的方法。将最终模型压缩后的C3F-YOLOv5s网络模型分别与YOLOv4、YOLOv7、Mask R-CNN、RetinaNet进行对比试验。研究结果表明，在使用混合数据集的情况下，最终网络模型的平均检测精度达到了92.8%，检测速度达到了256.7 FPS。相较于其他4种经典的深度学习网络模型，改进后的模型检测效果更好，同时模型表现出较强的鲁棒性和泛化性能。该方法可在无法获得更多真实车底螺栓图片时，使训练后网络更加适应真实车底的情况，改进后的算法可以同时提高螺栓的识别精度和检测速度，可以为后续相关研究提供技术参考和理论支撑。  
        关键词：螺栓检测;YOLOv5;注意力机制;损失函数;模型压缩   
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