中国首创五大新兴智能基础学科的交叉应用与展望

可拓学、灰色系统、界壳论、集对分析和消错学这五大新兴智能基础学科都是我国首创的理论。本文首先简单介绍了五大学科，随后给出了五大学科的关系矩阵并讨论了其交叉应用的发展概况，最后对其交叉所产生的空白领域追行了初步的探讨，然后对其未来发展进行了展望。     

基于实测频响函数列的地铁环境振动响应预测方法

针对地铁环境振动预测评价体系的施工设计阶段的预测,提出了一种通过隧道内脉冲激励实测地表系列频响函数的预测方法。将地铁环境振动预测问题转化为两部分:构建高精度车轨耦合解析模型求解作用于基底的频率力;隧道内进行脉冲激励实测隧道-土层系统的地表频响函数列。将两部分在频域内进行叠加运算求得地铁列车引起的环境振动响应,并形成科学的预测流程通过MATLAB程序实现。在18m埋深的隧道内部进行锤击实测地表频响函数带入预测流程进行地表振动响应预测,选取15号线类似条件地点的地表加速度实测数据进行对比验证,结果表明:预测结果和现场实测时域峰值均为0.02m/s2,振动主频均为30Hz~80Hz,1/3倍频程及Z振级也非常相近,预测精度及频谱特性良好。     

北京地铁剪切型减振器扣件钢轨波磨治理的试验研究

北京地铁近年来投入运营的几条线路中,剪切型减振器扣件区段大量出现钢轨波磨现象,经过大量的调查和测试分析发现：剪切型减振器扣件轨道系统在200～400 Hz频段内的轮轨共振效应是引发钢轨波磨的主要原因。为了抑制波磨发展,在剪切型减振器扣件内增设橡胶垫块,并在北京地铁10号线选择两个试验段进行了现场试验,对两个试验段的钢轨走形带粗糙度进行了为期6个月的跟踪测试。测试结果表明：在剪切型减振器扣件内增设橡胶垫块有效地控制了钢轨波磨的发展,并在一定程度上起到了消减钢轨波磨的作用。     

地铁列车运行引起的振动对精密仪器影响的预测研究

采用一种动力有限元数值模型,并结合道路交通现场振动测试,对北京地铁8号线列车运行对邻近地铁线路的某科研楼内精密仪器的振动影响进行了预测研究,并比较了普通无砟轨道和浮置板轨道两种工况下楼内外的振动响应。提出了该有限元模型的网格划分、边界条件、阻尼施加等建模原则,采用实测的钢轨振动加速度计算而来的动态轮轨力作为该模型上的激励力。结果表明：采用该动力有限元模型可以有效地预测地铁列车运行引起的振动;浮置板轨道是一种有效的减振措施,在其工作频段内有显著的减振效果,但对低频振动没有减振效果,而且在其自振频率处还有一定的放大作用;地铁8号线开通后,地铁列车振动再叠加上道路交通引起的振动会对科研楼内部分精密仪器的正常工作造成一定的影响,仪器基座处可采取相应的隔振措施来减小这部分振动。     

地铁列车振动环境影响的深孔激振实测传递函数预测方法

针对地铁列车振动环境影响的预测问题,提出了一种新型的深孔激振实测传递函数预测方法。本方法采用高精度车轨耦合解析模型求解振源输入力序列,通过现场原位深孔内激振实测获取地层振动传递函数序列,通过精细化有限元模型求解隧道结构修正函数序列,然后将3部分在频域内进行对应叠加运算求得地铁运行引起的地表振动响应。为了验证该预测方法,研制了可以用于深孔激振的新型设备,并在现场施工了15m埋深的激振孔,在其内部进行脉冲激励实测了地表传递函数序列,然后带入本方法预测流程进行地表振动响应预测。选取北京地铁某线类似条件地点的地表加速度实测数据进行对比验证,结果表明：预测结果和现场实测时域峰值均为0.08m/s2,振动主频均为40~70Hz,1/3倍频程谱的量级和变化规律基本一致,Z振级接近。表明本预测方法预测精度高,频谱特性好,可以对地铁列车运行时的地表振动响应进行精确预测。     

地铁浮置式轨道引起地表振动响应解析预测模型研究

在土层振动传递固有特性的基础上,提出一种针对地铁浮置式轨道型式引起的地表振动响应的解析预测模型。本模型将地铁环境振动的预测问题转化为计算浮置式轨道作用于基底的频域力群和求解土层振动频响函数的问题,然后通过系统合理简化将两部分进行频域叠加运算得出地表振动响应。采用本模型预测了北京地铁4号线浮置板区间地表振动响应,并与实测数据进行对比分析,结果表明:浮置板区间模型预测和地表实测加速度振动主频均为8~10Hz,且频域幅值相当,变化趋势相符;实测Z振级54.0 dB,预测Z振级56.1 dB,预测结果较准确。本频域快速预测模型具有预测速度快、预测精度高、可进行频域预测等特点,是现有环评预测方法的有效补充。     

地铁列车振动源强离散机理测试分析

为了分析地铁列车振动源强离散特征以及不同频段的控制因素,对某地铁线路的同一区间内2个断面进行现场原位测试。从时域、频域多角度出发,统计分析全天测试样本。结果表明:测试断面振动源强离散超过15dB,且呈现与列车编组相关的周期性;早、晚高峰时段振动源强并没有显著增大;同一列车多次通过固定测试断面引起的振动响应差异主要受6.3Hz以下频段的离散性影响,该频段主要源于列车的准静态激励,与列车的载重直接相关;不同列车间8～250Hz频段内的振动响应由车轮不圆顺状态的差异性控制,该频段内分频振动加速度级差异最大接近20dB,直接导致全天内实测振动源强样本的显著离散。     

变速移动质量作用下轨道动力响应解析解研究

列车进出站的振动及噪声问题不容忽视,然而目前关于列车变速移动问题的研究相对较少。为了研究进出站列车对周围环境的振动影响,在轨道结构频域周期性解析模型基础上,求解了单个及系列移动质量、移动质量系统变速移动下轨道结构的动力响应。通过求解变速移动质量下简支梁的动力响应,与已有算例进行对比,验证了计算模型的正确性。研究结果表明:移动质量作用下轨道动力响应远大于移动力作用下的动力响应;由于移动质量和轨道结构间的相互作用,轨道的动力响应中包含了较多的振荡成分;随着移动加速度的增大,轨道动力响应略有增大。     

基于扣件T型螺栓断裂病害治理的地铁运输安全及效率优化研究

地铁某线发生了大量的扣件T型螺栓异常断裂现象,极大地影响了运营安全,进而导致该区段限速40 km/h运行,降低了运输效率;为了恢复安全运营速度,提升该区段的运输效率,需要进行病害原因分析及治理.进行了地铁列车多级速度(40、60和75 km/h)运行试验,试验后钢轨及扣件T型螺栓振动加速度频谱分析表明,不同速度级下,轮轨共振频率、列车行车速度和波磨特征波长三者高度相关;因此认为,行车速度75 km/h下短波波磨引起的扣件系统的760 Hz处的共振现象是扣件T型螺栓异常断裂的主要原因.针对此问题对该区段施行了综合治理方案:1)更换反复断裂的扣件组;2)钢轨打磨;3)调节钢轨及T型螺栓的振动频率.治理措施完成后,对该区段进行为期1年的恢复速度工况下的跟踪监测,结果表明,该区段25 mm短波波磨未复发,钢轨及扣件T型螺栓振动能量显著降低,共振峰值消失,且扣件T型螺栓未再发生断裂.经过治理后,该区段运营速度恢复至75 km/h,综合治理方案达到提升区段运输安全及效率的目标.