高速铁路过渡段车致弹性波渡越辐射能

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51708424
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0809.道路与轨道工程
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The operation practices of the high-speed railway in China and foreign countries indicated that the defects of the track and the subgrade occurred most frequently in transition zones between different track foundation configurations. Even if the track geometry irregularity can be well controlled, the degradation rate of the track and the subgrade in transition zones is obviously higher than that of the normal subgrade or normal bridge zones. A most important physical reason of this phenomenon is the transition radiation of the elastic wave, which is induced by the wheel-rail contact of the high speed trains, due to the track and subgrade inhomogeneity. The mathematical expression of the transition radiation energy of the elastic wave in high-speed railway transition zones due to subgrade stiffness and geometry inhomogeneity will be given in this project. The mathematical model of the heterogeneous elastic media with multi complex interfaces will be established. Based on the assumptions that the load velocity is taken sub-critical and waves are coupled in the interfaces, the solution of the model in the space-frequency domain will be obtained both in the eigen field and the free field. The transition radiation energy flux expression can be derived by the displacement field solution. The influence of the train speed, the stiffness contrast and the incident angle of the elastic waves on the transition radiation energy flux will be studied. Based on these influences, the external force vector of the vehicle-track system can be derived. With the update of the external force vector, the effect of the transition radiation on the vehicle running stability can be investigated. As result the dynamic transition performance of the existed transition zone configuration can be evaluated. The research achievement of this project can be used as the design theoretical basis of the new transition zone configuration.
国内外高速铁路运营实践表明,轨道和路基病害集中于不同轨道基础间的过渡段,即使在保证轨面平顺条件下,过渡段轨道劣化速率及路基病害发生率仍明显高于一般路基段或桥梁段。产生这种现象的一个重要物理原因在于轮轨接触产生的弹性波在过渡段中传播发生渡越辐射现象。本课题将从波动和能量的角度给出高速铁路过渡段刚度变化引起弹性波渡越辐射现象的数学表达。建立过渡段复杂多界面非均匀弹性介质波场计算模型,在亚临界速度移动荷载和界面耦合的条件下,通过本征场和自由场求解波动方程,得到空间-频率域位移场解;通过位移场推导渡越辐射能量流表达式;分析列车运行速度、过渡段刚度差异和弹性波入射角度对渡越辐射能量流的影响规律;将此影响量化为过渡段车辆-轨道系统外力向量修正,分析渡越辐射对过渡段列车运行平稳性影响,评价既有过渡段设计能否满足系统长期动力稳定要求,以期为新型高速铁路过渡段设计提供理论依据。

结项摘要

针对轨道刚度差异及几何非均匀性所引起的过渡段结构服役性能快速劣化和列车运行平稳性降低问题,本课题首先基于弹性波渡越辐射理论,从波动和能量的角度展开研究。以典型高速铁路路桥过渡段结构形式为依据,建立过渡段倾斜界面耦合弹性层渡越辐射模型,模型通过边界条件及界面连续条件实现本征场及自由场求解。本征场为单一介质在列车荷载作用下的稳态振动场,当列车驶经界面时,临界介质间的稳态振动能量差值会成为渡越辐射产生的本源,所激发的自由导波向界面两侧传播并构成自由场,不仅可用于求解渡越辐射所引起的路基附加位移场和应力场,也可用于频域-空间域计算不同荷载移动速度、界面倾斜角度等对渡越辐射能的影响规律。其次,在渡越辐射引发附加应力场推导的基础上,结合多级加载条件下土体累积塑性应变修正模型,提出了能够考虑路基应力历史的过渡段不均匀沉降动态发展计算方法。基于上述研究,可为高速铁路优化既有过渡段结构及新型过渡段结构设计提供参考。.重要结论包括:.(1)渡越辐射能的大小随荷载移动速度增加单调非线性增加,移动荷载速度达到较软侧介质临界波速的74%时,渡越辐射能将超过介质本征场应变能; .(2)近场能量角密度分布形状与界面倾斜角度相关,界面方向为峰值能量区域;全频段渡越辐射能随界面倾斜角度增大而增加,峰值频率向高频移动;.(3)受桥台反射及土体阻尼影响,随深度增加的动应力曲线呈现相位滞后现象,临近桥台的3m范围内为影响偏应力分布的敏感区域;.(4)轨道初始沉降槽出现在距离桥台6m范围内,随着加载循环次数的增加,轨道不均匀沉降增加,且在初始沉降槽附近会出现新的沉降槽。

项目成果

期刊论文数量(7)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
倾斜界面耦合弹性层中的渡越辐射能
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    力学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    陕耀;苏瓅;周顺华
  • 通讯作者:
    周顺华
Dynamic Analysis of Tram Vehicles Coupled With the Track System Based on Staggered Iterative Algorithm
基于交错迭代算法的轨道系统耦合有轨电车动力学分析
  • DOI:
    10.1115/1.4046822
  • 发表时间:
    2020-06
  • 期刊:
    Journal of Computational and Nonlinear Dynamics
  • 影响因子:
    2
  • 作者:
    Yao Shan;Binglong Wang;Shunhua Zhou;Jiawei Zhang;Aijun Huang
  • 通讯作者:
    Aijun Huang
Influence of Metro Vehicle Operation on Adjacent High-Speed Railway Bridge Pier
地铁车辆运行对邻近高铁桥墩的影响
  • DOI:
    10.1007/978-3-030-77238-3_72
  • 发表时间:
    2021-09
  • 期刊:
    Procedia Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Guohui Cheng;Yao Shan;Xiangliang Zhou
  • 通讯作者:
    Xiangliang Zhou
Differential Settlement Prediction of Ballasted Tracks in Bridge–Embankment Transition Zones
桥—路堤过渡区有碴轨道的差异沉降预测
  • DOI:
    10.1061/(asce)gt.1943-5606.0002307
  • 发表时间:
    2020-09
  • 期刊:
    Journal of Geotechnical and Geoenvironmental Engineering
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Yao Shan;Shunhua Zhou;Binglong Wang;Carlton L. Ho
  • 通讯作者:
    Carlton L. Ho
In-situ test on impact loads of a five-module 100% low-floor tram and the prediction of damage characteristics of a pile-plank-supported tram track
原位%20测试%20on%20影响%20荷载%20of%20a%20五模块%20100%%20低地板%20电车%20和%20%20预测%20of%20损坏%20特性%20of%20a%20桩板支撑
  • DOI:
    10.1016/j.conbuildmat.2021.122320
  • 发表时间:
    2021-03
  • 期刊:
    Construction and Building Materials
  • 影响因子:
    7.4
  • 作者:
    Yao Shan;Xiangliang Zhou;Guohui Cheng;Zhangqi Jiang;Shunhua Zhou
  • 通讯作者:
    Shunhua Zhou

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其他文献

基于改进壳-柱模型的盾构隧道饱和地基动应力解
  • DOI:
    10.11908/j.issn.0253-374x.2016.09.012
  • 发表时间:
    2016
  • 期刊:
    同济大学学报(自然科学版)
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    狄宏规;周顺华;陕耀;何超
  • 通讯作者:
    何超
深厚软土区有轨电车桩板结构路基沉降变形离心模型试验
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    --
  • 期刊:
    岩石力学与工程学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    王长丹;陈凯翔;陕耀;周顺华;王炳龙;李良
  • 通讯作者:
    李良

其他文献

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400km/h及以上高铁路基多界面散射波场特性及计算方法
  • 批准号:
    52378458
  • 批准年份:
    2023
  • 资助金额:
    50 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似国自然基金

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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