Journal of Zhejiang University

Current Issue: <JZUS-A>

Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering)

ISSNs 1673-565X (Print); 1862-1775 (Online); CN 33-1236/O4; started in 2000,Monthly.

JZUS-A is a peer-reviewed physical and engineering journal, indexed by SCI-E, Ei Compendex, INSPEC, CA, SA, JST, AJ, ZM, CABI, ZR, CSA, etc. It mainly covers research in Applied Physics, Mechanical and Civil Engineering, Environmental Science and Energy, Materials Science and Chemical Engineering, etc.

Impact factor: 0.408 (2011), 0.527 (2012), 0.608 (2013), 0.882 (2014), 0.941 (2015), 1.214 (2016), 1.215 (2017), 1.369 (2018).

Journal of Zhejiang University SCIENCE A

ISSN 1673-565X(Print), 1862-1775(Online), Monthly

2017 Vol.18 No.8 P.579-676

<<< CONTENTS >>>

The Fourth Special Issue on High-speed Railways Technology

Guest Editor-in-Chief: Xue-song JIN

Articles

Experimental analysis of the mechanism of high-order polygonal wear of wheels of a high-speed train

Yue Wu, Xing Du, He-ji Zhang, Ze-feng Wen, Xue-song Jin

DOI: 10.1631/jzus.A1600741 Downloaded: 3963 Clicked: 5930 Cited: 0 Commented: 0(p.579-592) <Full Text> <PPT> 1782

Chinese summary <29> 高速列車(chē)高階車(chē)輪多邊形磨耗機理的試驗研究

目的：通過試驗研究，對高速列車(chē)車(chē)輪多邊形磨耗機理進行初步探究。
創新點：以試驗方法爲基礎，跟蹤調查車(chē)輪多邊形磨耗的發展規律，然後分(fēn)别對軌道系統和車(chē)輛系統開(kāi)展現場試驗，對導緻車(chē)輪發生(shēng)多邊形磨耗的因素進行排查，探明了車(chē)輪多邊形磨耗的機理。
方法：1. 進行車(chē)輪多邊形磨耗跟蹤測試；2. 進行軌道結構模态特性測試、鋼軌波磨測試和軌道振動響應測試；3. 進行轉向架模态特性仿真研究、懸挂系統隔振特性測試以及車(chē)輛振動特性跟蹤測試。
結論：1. 列車(chē)運行時，車(chē)輪受到周期性激勵作用會發生(shēng)多邊形磨耗，且當激勵波長整分(fēn)車(chē)輪周長時，多邊形磨耗發展迅速；2. 作爲主要激勵源，輪軌接觸表面出現的車(chē)輪偏心、鋼軌表面不平順、軌下(xià)支承不均勻、鋼軌接頭和道岔等激發了轉向架系統在550~600 Hz頻(pín)段内的模态耦合共振，從而導緻了車(chē)輪多邊形磨耗的産生(shēng)；3. 變速運行可以有效地控制車(chē)輪多邊形磨耗的産生(shēng)與發展。

關鍵詞組：高速列車(chē)；車(chē)輪多邊形磨耗；機理；試驗研究；模态分(fēn)析；系統共振頻(pín)率

Time-domain model for wheel-rail noise analysis at high operation speed

Jian Han, Shuo-qiao Zhong, Xin Zhou, Xin-biao Xiao, Guo-tang Zhao, Xue-song Jin

DOI: 10.1631/jzus.A1600692 Downloaded: 2723 Clicked: 5051 Cited: 0 Commented: 0(p.593-602) <Full Text> <PPT> 1861

Chinese summary <28> 高速列車(chē)時域輪軌噪聲預測模型及分(fēn)析

目的：建立高速列車(chē)時域輪軌噪聲預測模型，考慮輪對柔性對輪軌噪聲的影響，預測高速列車(chē)輪軌噪聲的時域特性和頻(pín)域特性，爲高速輪軌時域噪聲預測的學術研究和工(gōng)程應用提供重要參考。
創新點：基于考慮輪對柔性的剛柔耦合車(chē)輛-軌道耦合動力學以及混合有限元-邊界元方法，建立高速輪軌噪聲時域模型。其中(zhōng)将柔性輪對的時域建模與輪軌噪聲預測相結合是本文主要創新點。
方法：1. 通過考慮柔性輪對的車(chē)輛-軌道剛柔耦合動力學模型（圖1）獲得輪軌力，然後基于時域有限元-邊界元方法（圖3），計算輪軌振動與噪聲的時域結果，進而通過傅裏葉變換得到頻(pín)域結果。
結論：1. 考慮輪對柔性與否，對低頻(pín)輪軌力的影響較小(xiǎo)。其主要差别體(tǐ)現在中(zhōng)高頻(pín)範圍，具體(tǐ)表現爲：考慮輪對柔性後，當粗糙度波長與輪對固有頻(pín)率重合時，輪軌力會降低；當粗糙度波長與輪對反共振峰重合時，輪軌力會提高；此外(wài)，因爲考慮了輪對柔性以及接觸的非線性，高頻(pín)輪軌力的波動比考慮剛性輪對的輪軌力更爲明顯。2. 在500 Hz以下(xià)，考慮柔性輪對和剛性輪對得到的輪對振動和噪聲差别不大(dà)，而在500 Hz以上的中(zhōng)高頻(pín)範圍内，振動噪聲會出現更多的峰值和谷值；在中(zhōng)高頻(pín)範圍内，使用剛性輪對會低估輪軌噪聲的水平。3. 輪軌噪聲在總體(tǐ)趨勢上随着波磨波長的增加而降低；在某些敏感波長對應的頻(pín)率處，輪對或軌道的模态會被激發，使得輪軌噪聲出現局部峰值。

關鍵詞組：振動聲輻射；輪軌相互作用；車(chē)輛軌道耦合動力學；剛性輪對；柔性輪對；高速列車(chē)

Development and validation of a model for predicting wheel wear in high-speed trains

Gong-quan Tao, Xing Du, He-ji Zhang, Ze-feng Wen, Xue-song Jin, Da-bin Cui

DOI: 10.1631/jzus.A1600693 Downloaded: 3472 Clicked: 5551 Cited: 0 Commented: 0(p.603-616) <Full Text> <PPT> 1903

Chinese summary <29> 高速列車(chē)車(chē)輪磨耗預測模型的發展及驗證

目的：高速列車(chē)車(chē)輪磨耗過程非常複雜(zá)，涉及因素較多。本文旨在發展及驗證一(yī)個高速列車(chē)車(chē)輪磨耗預測模型，對高速鐵路輪軌型面設計、車(chē)輛懸挂參數設計、車(chē)輪镟修計劃的制訂及降低運營維護成本等具有非常重要的意義。
創新點：1. 建立一(yī)個包含車(chē)輛軌道動力學仿真、輪軌局部接觸求解、車(chē)輪磨耗計算和型面平滑與更新策略的高速列車(chē)車(chē)輪磨耗預測模型；2. 利用跟蹤測試的高速列車(chē)車(chē)輪磨耗結果對預測模型進行驗證；3. 修正USFD磨耗函數，使得預測結果與實測結果更爲吻合。
方法：1. 在SIMPACK多體(tǐ)動力學軟件中(zhōng)建立CRH3型動車(chē)組拖車(chē)的動力學模型，對武廣高鐵的實際線路進行統計，采用統計的虛拟線路代替實際線路；2. 利用FaStrip進行輪軌局部接觸求解；3. 采用修正後的USFD磨耗函數進行車(chē)輪磨耗計算；4. 利用現場實測數據驗證模型的可靠性。
結論：輪軌界面狀态對車(chē)輪磨耗具有較大(dà)的影響；直接采用已有的磨耗模型進行車(chē)輪磨耗預測可能會導緻一(yī)定的偏差，需要對其進行适當的修正才能獲得較好的預測結果。

關鍵詞組：高速列車(chē)；車(chē)輪型面；輪軌接觸；車(chē)輪磨耗預測

Characteristics of interior noise of a Chinese high-speed train under a variety of conditions

Jie Zhang, Xin-biao Xiao, Xiao-zhen Sheng, Rong Fu, Dan Yao, Xue-song Jin

DOI: 10.1631/jzus.A1600695 Downloaded: 2775 Clicked: 5414 Cited: 0 Commented: 0(p.617-630) <Full Text> <PPT> 1924

Chinese summary <25> 不同運行條件下(xià)的高速列車(chē)車(chē)内噪聲特性分(fēn)析

目的：研究高速列車(chē)在不同速度（260~385 km/h）、無砟和有砟軌道以及明線和隧道運行時的車(chē)内噪聲特性，爲高速列車(chē)車(chē)内減振降噪和車(chē)體(tǐ)低噪聲設計提供科學依據。
創新點：系統分(fēn)析高速列車(chē)在不同運行條件下(xià)的車(chē)内噪聲總值變化、空間分(fēn)布、頻(pín)譜特性和聲源貢獻，掌握車(chē)内噪聲随列車(chē)運行速度的變化規律、軌道型式和隧道混響對車(chē)内噪聲的影響，研究輪軌噪聲、氣動噪聲和弓網噪聲對車(chē)内噪聲的作用。
方法：1. 根據不同的列車(chē)運行速度，分(fēn)析車(chē)内噪聲的變化規律；通過進一(yī)步對比頭尾車(chē)運行時，不同測點位置的噪聲總值、顯著頻(pín)率和聲源貢獻，研究氣動作用對車(chē)内噪聲的影響。2. 針對不同軌道型式，分(fēn)析車(chē)内噪聲的差異特性；通過進一(yī)步對比不同速度下(xià)的前、後轉向架上方車(chē)内噪聲測點（其中(zhōng)一(yī)個還位于受電弓下(xià)方）的噪聲總值、顯著頻(pín)率和聲源貢獻，研究有砟和無砟軌道、弓網噪聲對車(chē)内噪聲的影響以及速度因素的作用。3. 對于隧道運行，分(fēn)析不同速度下(xià)在明線和隧道運行時的車(chē)内噪聲總值和顯著頻(pín)率，研究隧道混響對車(chē)内噪聲的影響以及速度因素的作用。
結論：1. TC01車(chē)無論作爲頭車(chē)或尾車(chē)運行，車(chē)内觀光區的噪聲均主要受氣動作用影響。2. 随着列車(chē)運行速度的提高，軌道型式的不同對車(chē)内噪聲的影響有所降低。3. 隧道混響對中(zhōng)間車(chē)的影響要高于頭車(chē)。

關鍵詞組：高速列車(chē)；車(chē)内噪聲；聲源識别；貢獻分(fēn)析；不同條件；噪聲特性

Theoretical investigation into the effect of rail vibration dampers on the dynamical behaviour of a high-speed railway track

Xin-biao Xiao, Ya-guang Li, Ting-sheng Zhong, Xiao-zhen Sheng

DOI: 10.1631/jzus.A1600697 Downloaded: 2653 Clicked: 5445 Cited: 0 Commented: 0(p.631-647) <Full Text> <PPT> 1893

Chinese summary <27> 鋼軌減振器對高鐵軌道結構動力學特性的影響研究

目的：針對典型高鐵軌道結構，對鋼軌減振器的設計參數進行研究，進一(yī)步揭示鋼軌減振器的工(gōng)作機理，爲合理設計和應用提供科學依據。
創新點：運用基于傅裏葉變換的無限長周期結構動态特性的分(fēn)析方法，從軌道結構的頻(pín)散特性、共振特性、振動衰減特性和振動能量（近似聲輻射能力）等多個方面對鋼軌減振器的參數進行研究；提出荷載移動對振動衰減率的影響問題。
方法：運用基于傅裏葉變換的無限長周期結構動态特性的分(fēn)析方法，結合典型高鐵軌道結構，對鋼軌減振器的設計參數對軌道結構動力學特性的影響進行研究。研究的動力學特性包括：頻(pín)散特性、共振特性、振動衰減特性和振動能量（近似聲輻射能力）。
結論：1. 加裝鋼軌減振器會引入新的阻帶，從而增加整個阻帶的寬度；2. 在移動和不移動的情況下(xià)，荷載的振動衰減率是不同的；荷載的高速移動會降低振動衰減率；3. 從阻帶盡量寬、振動衰減率盡量大(dà)和振動能量盡量小(xiǎo)這三方面的要求來看，鋼軌減振器的設計頻(pín)率應該接近原來軌道結構的Pinned-Pinned頻(pín)率，并且質量越大(dà)越好；4. 如果能夠保證足夠高的阻尼，鋼軌減振器的頻(pín)率可以設計得比Pinned-Pinned頻(pín)率低。

關鍵詞組：鋼軌減振器；軌道動力學；頻(pín)散曲線；振動衰減率

Longitudinal resistance performance of granular ballast beds under cyclic symmetric displacement loading

Jie-ling Xiao, Hao Liu, Jing-mang Xu, Ping Wang, Gan-zhong Liu, Rong Chen

DOI: 10.1631/jzus.A1700058 Downloaded: 2458 Clicked: 4312 Cited: 0 Commented: 0(p.648-659) <Full Text> <PPT> 1799

Chinese summary <27> 散粒體(tǐ)道床在對稱位移循環加載下(xià)的縱向阻力性能

目的：研究散粒體(tǐ)道床在縱向反複荷載下(xià)的阻力性能及變化規律是深入理解有砟軌道無縫線路動态服役性能和辨識無縫線路在循環荷載作用下(xià)的受力變形機理的基礎。本文旨在利用室内足尺試驗模型及專用加載系統，分(fēn)析散粒體(tǐ)道床受循環位移荷載時的縱向阻力性能，探索不同位移加載幅值對有砟道床縱向阻力的影響。
創新點：1. 利用有砟軌道結構足尺試驗模型及循環加載裝置，測試循環荷載下(xià)的道床縱向阻力-位移滞回曲線；2. 根據循環加載試驗曲線，構建滞回模型，刻劃散粒體(tǐ)道床的縱向承載和傳力性能。
方法：1. 通過試驗分(fēn)析，得到散粒體(tǐ)道床在周期性荷載作用下(xià)的力-位移曲線（圖6、8和10）； 2. 基于試驗數據，分(fēn)析散粒體(tǐ)道床在周期性荷載下(xià)的滞回準則，得到不同位移幅值下(xià)滞回曲線的演化規律（圖7、9和11）；3. 通過圖像識别技術，對周期性荷載作用下(xià)道砟顆粒的運動規律進行分(fēn)析，從散粒體(tǐ)道床的細觀作用機理分(fēn)析宏觀力學表現（圖16~18）。
結論：1. 散粒體(tǐ)道床在循環往複荷載下(xià)的縱向阻力-位移曲線爲一(yī)條封閉的滞回曲線，且存在明顯的耗能現象；2. 在位移幅值保持不變的循環過程中(zhōng)，散粒體(tǐ)道床表現出一(yī)種循環軟化行爲；3. 位移幅值不同，道床縱向阻力的衰減率不同，且位移越大(dà)，退化效應越明顯。

關鍵詞組：散粒體(tǐ)道床；位移幅值；循環加載；縱向阻力

Numerical investigation on wheel-turnout rail dynamic interaction excited by wheel diameter difference in high-speed railway

Rong Chen, Jia-yin Chen, Ping Wang, Jing-mang Xu, Jie-ling Xiao

DOI: 10.1631/jzus.A1700134 Downloaded: 3139 Clicked: 5261 Cited: 0 Commented: 0(p.660-676) <Full Text> <PPT> 1974

Chinese summary <29> 高速鐵路輪徑差激勵下(xià)車(chē)輪-道岔動力響應數值研究

目的：車(chē)輪型面磨耗和加工(gōng)誤差導緻輪對兩側車(chē)輪的輪徑不同。本文旨在探讨不同幅值和分(fēn)布形式的輪徑差對道岔區輪軌接觸幾何、輪軌法向接觸性能和車(chē)輛通過道岔動力響應的影響規律，提出保證車(chē)輛通過道岔時的安全性和舒适性的輪徑差限值。
創新點：通過數值仿真，分(fēn)析輪徑差對道岔區輪軌接觸性能和輪軌動态相互作用的影響。
方法：1. 基于迹線法，揭示輪徑差對道岔區輪軌接觸幾何的影響。2. 通過建立輪軌接觸有限元計算模型，探讨輪徑差對輪軌法向接觸性能的影響。3. 通過建立車(chē)輛-道岔耦合動力學模型，綜合考慮在不同幅值和分(fēn)布形式的輪徑差激勵下(xià)，車(chē)輛通過道岔的輪軌動态相互作用、運行舒适性和磨耗指數評價指标，提出輪徑差限值。
結論：1. 輪徑差加劇了道岔區固有結構不平順。2. 輪徑差通過改變輪載過渡位置，對尖軌上的輪軌法向接觸性能有較大(dà)影響。3. 可根據輪徑差幅值将輪徑差對道岔區輪軌動力響應的影響劃分(fēn)爲三個區域：輪徑差小(xiǎo)于1.5 mm時，輪緣與尖軌提前接觸使輪軌橫向力快速增大(dà)；輪徑差在1.5~2.5 mm時，等值同相輪徑差使車(chē)輛通過道岔失穩；輪徑差大(dà)于2.5 mm時，輪緣與尖軌的持續接觸增強了車(chē)輛穩定性，但增加了輪軌磨耗。4. 建議将輪徑差控制在2.5 mm以内，且應控制同相分(fēn)布輪徑差小(xiǎo)于2 mm。

關鍵詞組：輪徑差；道岔；輪軌接觸行爲；輪軌系統動力性能；高速鐵路