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目前各种轨道交通制式百花齐放,为缓解城市拥挤和加快区域联系提供了多种轨道交通建设的选择。作为二十一世纪最具竞争力的陆上交通系统,高速磁浮铁路是我国建设大运量交通运输体系的选择之一。对于高速磁浮交通而言,建立结构健康监测的综合平台,对结构健康状态及安全性进行实时的监测,对监测数据进行及时的处理与评估,及早的发现问题,及时的采取相应的维护措施,对保障磁浮交通的安全运营有着极大的作用。
对于高速磁浮交通而言,为保障列车的可靠运行,需要对轨道梁的动力响应、轨道梁的损伤、车辆荷载(车轨作用力)和轨道不平顺状态进行实时的监测。本文的研究以TR08高速磁浮为研究对象,研究了高速磁浮交通结构健康监测数据处理分析方法,主要内容包括以下几个部分:
(1)首先,介绍了关于轨道梁常规项目的监测和数据处理分析,总结了动态应变、变形、垂向振动加速度、固有频率的一些限定标准;在轨道梁的常规监测项目中,可以通过过车响应时的应力应变是否过大、垂向位移变形量是否过大、振动加速度量级是否过大以及轨道梁的振动频率变化等项目来反应其工作状态是否正常。
(2)然后,本文第三章探讨了基于轨道梁环境振动响应数据来识别轨道梁损伤的一种方法。将环境振动近似的看作是白噪声信号激励,以小波包分解的方法对轨道梁响应信号进行了时频分解,并求出各频带能量所占比例,依据轨道梁损伤后各频带能量会发生转移的原理,对轨道梁的损伤进行识别。结合模式识别聚类分析的分类功能,以有限元仿真模拟的方式建立了轨道梁的损伤样本空间,用以验证和说明本章所述方法,并结合三种工况进行了具体分析。
(3)为保证磁浮车辆荷载不至于过大而对轨道梁和车辆结构造成影响,第四章推导了高速磁浮列车与轨道之间作用的垂向电磁力及其分布的反演方法。根据高速磁浮列车车辆结构建立了响应的动力学方程组,在动力学方程组的基础上转化成状态空间方程的形式,然后利用最优控制理论反演了作用在电磁铁模块上的合力。得到单个悬浮电磁铁模块的合力之后,根据常导高速磁浮列车的悬浮控制方法分析了电磁铁模块上电磁力的分布状态。
(4)对于高速行车的状态下,轨道结构的不平顺对行驶的舒适和安全起着重要作用。高速磁浮铁路轨道的不平顺是评价轨道状态的重要依据,第五章研究了基于不平顺监测数据评价磁浮轨道状态的方法。首先针对局部峰值的评价,探讨了高速磁浮轨道定子面垂向不平顺峰值的分级标准和扣分评价方法;然后提出了MGQI的概念,考虑不平顺波长对磁浮列车响应的贡献量不同,计算了不同频率的加权系数,更加全面的考虑了不平顺造成的影响。
对于高速磁浮交通而言,为保障列车的可靠运行,需要对轨道梁的动力响应、轨道梁的损伤、车辆荷载(车轨作用力)和轨道不平顺状态进行实时的监测。本文的研究以TR08高速磁浮为研究对象,研究了高速磁浮交通结构健康监测数据处理分析方法,主要内容包括以下几个部分:
(1)首先,介绍了关于轨道梁常规项目的监测和数据处理分析,总结了动态应变、变形、垂向振动加速度、固有频率的一些限定标准;在轨道梁的常规监测项目中,可以通过过车响应时的应力应变是否过大、垂向位移变形量是否过大、振动加速度量级是否过大以及轨道梁的振动频率变化等项目来反应其工作状态是否正常。
(2)然后,本文第三章探讨了基于轨道梁环境振动响应数据来识别轨道梁损伤的一种方法。将环境振动近似的看作是白噪声信号激励,以小波包分解的方法对轨道梁响应信号进行了时频分解,并求出各频带能量所占比例,依据轨道梁损伤后各频带能量会发生转移的原理,对轨道梁的损伤进行识别。结合模式识别聚类分析的分类功能,以有限元仿真模拟的方式建立了轨道梁的损伤样本空间,用以验证和说明本章所述方法,并结合三种工况进行了具体分析。
(3)为保证磁浮车辆荷载不至于过大而对轨道梁和车辆结构造成影响,第四章推导了高速磁浮列车与轨道之间作用的垂向电磁力及其分布的反演方法。根据高速磁浮列车车辆结构建立了响应的动力学方程组,在动力学方程组的基础上转化成状态空间方程的形式,然后利用最优控制理论反演了作用在电磁铁模块上的合力。得到单个悬浮电磁铁模块的合力之后,根据常导高速磁浮列车的悬浮控制方法分析了电磁铁模块上电磁力的分布状态。
(4)对于高速行车的状态下,轨道结构的不平顺对行驶的舒适和安全起着重要作用。高速磁浮铁路轨道的不平顺是评价轨道状态的重要依据,第五章研究了基于不平顺监测数据评价磁浮轨道状态的方法。首先针对局部峰值的评价,探讨了高速磁浮轨道定子面垂向不平顺峰值的分级标准和扣分评价方法;然后提出了MGQI的概念,考虑不平顺波长对磁浮列车响应的贡献量不同,计算了不同频率的加权系数,更加全面的考虑了不平顺造成的影响。