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期刊简介

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主编：余志武

执行主编：蒋学东

ISSN：1672-7029

CN：43-1423/U

主管单位：教育部

主办单位：中南大学

出版周期：月刊

编辑部电话：0731-82656536

编辑部邮箱：jrse@csu.edu.cn

编辑部地址：湖南省长沙市韶山南路22号中南大学天心校区

出版单位：中南大学出版社

出版单位官网：csup.csu.edu.cn

出版单位联系方式：0731-88879816

出版单位办公地址：湖南省长沙市岳麓区麓山南路932号中南大学

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Volume 23 期 9，2026 2026年第23卷第9期

  • 高速铁路技术

    段林利, 黄子微, 邹圣权, 国巍, 蒋丽忠, 钟不凡

    DOI：10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20251721
    摘要：作为衔接桥梁与路基的关键构件，桥台的损伤状态对高速铁路桥梁地震响应的影响机制尚未明确，导致当前高速铁路桥梁中桥台的抗震设计与运维缺少明确的技术指标。基于此，以某座5×32.5 m高速铁路多跨简支梁桥为研究对象，并引入路桥过渡段这一在高铁桥梁中起平顺刚度与沉降过渡关键作用的区域作为研究变量，采用ANSYS有限元软件建立含/不含路桥过渡段的2种精细化数值模型，针对桥台-主梁支座损伤、桥台-底座板连接损伤和桥台-路基连接损伤3类典型桥台损伤工况，开展“桥梁-轨道结构”和“路基-桥梁-轨道结构”2种分析模式下桥梁关键构件的地震响应分析。通过对比桥梁墩顶位移、滑动层位移、CA(cement asphalt)砂浆层位移、扣件位移及钢轨纵向位移等关键指标的变化差异，系统探究桥台损伤的影响规律。研究结果表明：桥台对高速铁路桥梁抗震性能的贡献不可忽视，其主要通过“桥台-主梁支座传力”及“桥台-路基连接约束”2类路径参与桥梁抗震；3类典型桥台损伤对桥梁响应的影响强度存在显著差异，影响程度排序为“桥台-主梁支座损伤＞桥台-路基连接损伤＞桥台-底座板连接损伤”，其中滑动层位移与钢轨位移2类指标对桥台损伤的敏感性最高；路桥过渡段对桥梁整体抗震性能存在显著调控作用，忽略该构件的抗震贡献可能导致桥梁的地震响应被高估。研究结果可为高铁桥梁桥台的抗震设计优化与运维决策提供理论支撑与技术依据。  
    关键词：高速铁路桥梁;路基-桥梁-轨道结构;桥梁-轨道结构;桥台损伤;地震响应   
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    更新时间：2026-10-08

    赵伦, 杨伟超, 何洪, 邓锷

    DOI：10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20251705
    摘要：高速电气化铁路接触网支撑结构(high-speed railway catenary support structure, HSCS)是隧道内接触网系统的关键组成部件，其动态性能直接影响列车的受流质量与运行安全。构建了缩尺比为1∶20的高速列车-隧道-HSCS-空气的动模型试验系统，分析了单车与交会条件下HSCS气动荷载的变化规律，并建立了列车速度与气动荷载的定量关系。进一步，基于流固耦合方法建立了与动模型试验对应的三维数值模型，验证了数值仿真方法的可靠性，并结合HSCS局部风速特征与涡结构演化，揭示了气动荷载时变特征背后的流场演化机制。研究表明，(1) 列车风效应会引发HSCS在三维方向上的显著振动，气动荷载系数剧烈波动，且纵向力系数占据主导地位；(2) 交会条件下，受列车风“相互抵消”效应的影响，HSCS的纵向与横向气动荷载显著低于单车条件；(3) HSCS纵向力系数峰值与列车速度呈显著的幂函数关系。在动模型试验中，单车与交会条件下HSCS的纵向力系数正峰值分别与列车速度的2.93和2.27次方成正比；(4) 在隧道受限空间内，HSCS结构的气动荷载特征由局部瞬态流场主导。交会条件下HSCS受列车风“相互抵消”效应的影响，涡脱效应较微弱，气动荷载与功率谱密度峰值较低。单车条件下HSCS纵向力与横向力系数的功率谱密度峰值分别是交会条件下相应值的6.48倍与6.82倍。研究成果可为高铁隧道内接触网系统的抗风设计提供重要的理论依据与技术支撑。  
    关键词：高速电气化铁路;接触网支撑结构;动模型试验;列车风;流固耦合;气动特性   
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    更新时间：2026-10-08

    付璐, 林立, 季广港, 孟学雷, 高如虎

    DOI：10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20260545
    摘要：针对高速铁路晚点传播的强非线性与跨站时空耦合特性，以及常规单一预测网络难以兼顾多尺度特征提取的局限性，本文提出一种融合时频特征与动态图学习的混合预测模型(temporal convolutional network-transformer-gated recurrent unit, TTG)。首先，通过频域残差模块(fast Fourier transform, FFT)抑制高频随机噪声，提取晚点演化的长期趋势特征；其次，利用时间卷积网络(temporal convolutional network, TCN)提取晚点序列的局部微观波动与突变特征，同时构建自适应图学习层，用于挖掘多维异构输入特征间的内在关联；然后，融合空间距离权重与自注意力机制捕获全局长程时空关联，并采用改进后的门控循环单元(gated recurrent unit, GRU)对高维特征进行动态递归演化；最后，以京广高铁与京沪高铁列车运行数据为例，将所提模型与8组基准模型进行对比分析，并设计消融实验。计算结果表明：TTG模型在各项误差指标上均表现出最优的预测性能。在对比实验中，相较于次优基准模型双向长短期记忆网络(bidirectional long short-term memory, BiLSTM)，TTG模型的均方根误差frmse、平均绝对误差fmae分别下降了25.30%与51.56%，决定系数fr2上升了1.96%；在消融实验中，TTG模型的均方根误差较移除TCN、Transformer和GRU分支的变体模型分别降低了45.62%、44.48%和54.41%。本文模型能精准刻画列车晚点的动态传播关系，可为高铁网络运营调度、运行图调整及晚点恢复提供可靠的决策支持。  
    关键词：高速铁路;晚点预测;时间卷积网络;自注意力机制;门控循环单元;混合模型   
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    更新时间：2026-10-08

    王新屏, 张帅东, 陈梦华

    DOI：10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20251820
    摘要：针对高速列车自动驾驶过程中，执行器部分失效引发牵引系统故障，导致列车速度跟踪精度降低从而威胁列车安全准点运行的问题，提出一种基于改进滑模-自抗扰控制(improved sliding mode active disturbance rejection control, ISM-ADRC)的速度容错控制策略。首先，建立高速列车多质点模型，进而引入执行器故障因子构建列车多质点执行器故障模型；其次，采用新型非线性函数来代替传统的fal函数设计扩张状态观测器，再引入饱和函数设计自适应变速趋近律，将其与非奇异快速终端滑模面相结合，综合得出自适应滑模容错控制律，并通过Lyapunov稳定性理论证明了系统的稳定性。该方法不仅显著减小了控制器的抖振现象，还提高了系统的收敛速度，同时增强了列车在面对参数时变不确定、外部干扰等情况下的鲁棒性，进而提高了执行器部分失效情况下的控制精度；最后，根据CR400BF型动车组参数，分别在无扰动和有扰动的情况下对控制系统进行仿真验证。仿真结果表明，无论是否有外部扰动存在，高速列车的速度跟踪误差均位于-0.1～0.2 km/h的范围内；与无容错控制手段的滑模-自抗扰控制和基于滑模‑线性自抗扰控制的容错控制算法相比，本文提出的改进滑模-自抗扰容错控制随着执行器故障程度的变化，速度误差几乎不发生改变且明显小于无容错控制手段的控制器，充分说明了本文所提方法的有效性和良好的自适应性。  
    关键词：高速列车;执行器故障;多质点模型;滑模-自抗扰控制;容错控制   
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    更新时间：2026-10-08

    郭金莹, 石怀龙, 曾京, 王振玉, 张大鹏

    DOI：10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20251835
    摘要：为提升具有亚临界Hopf分岔特性的高速车辆的蛇行稳定性，采用主动二系横向减振器替代原被动减振器，通过分岔分析揭示主动控制对稳定性的影响规律。建立6自由度单转向架非线性动力学模型，并将主动力表示为构架横向位移和速度的3次多项式函数，即采用地棚刚度和阻尼控制律，探究状态反馈量和控制增益对Hopf分岔速度和极限环幅值的影响。推导了主动控制构型下车辆系统一阶Lyapunov系数表达式，揭示了控制律及增益能够改变系统Hopf分岔类型的规律。研究结果表明：增加被动二系横向减振器的阻尼系数能够提高系统非线性临界速度，但不能改变Hopf分岔形式，其取值不建议超过60 (kN∙s)/m，过大反而会降低线性临界速度；地棚阻尼、刚度控制律的线性增益分别达到105和107量级时，能够将Hopf分岔形式由亚临界转变为超临界，而非线性增益达到107、1011量级时也能够将分岔形式从亚临界转变为超临界；阻尼和刚度控制律的非线性增益均不会改变系统线性分岔速度；在车辆Hopf分岔形式转变为超临界后，非线性阻尼增益能够显著降低极限环幅值，但计算范围内非线性刚度对极限环幅值没有影响。综上，主动横向悬挂控制能够改善车辆蛇行稳定性，可为推进动车组主动悬挂技术工程应用提供理论支撑。  
    关键词：高速列车;动力学;亚临界Hopf分岔;二系主动横向减振器;地棚主动控制   
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    更新时间：2026-10-08
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    江娜, 崔凯

    2026: 1-14. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20260822
    摘要：针对列控车载设备ATPCU多传感器时序数据故障诊断中时频特征互补利用不足及传感器间耦合关系建模欠缺的问题，提出一种融合并行时频双分支与图注意力网络的智能故障诊断方法。该方法以同步采集的总线电压、启动电压、启动电流及设备温度4类时序信号为输入。时域分支采用一维Inception模块提取多尺度局部特征，并引入Mamba以线性复杂度捕获全局时序依赖；频域分支通过多窗口短时傅里叶变换与轻量级二维卷积神经网络提取深度频域特征。双分支特征经自适应融合卷积后，利用多头图注意力网络对四个传感器节点进行关系建模，动态更新节点特征以增强传感器间交互信息，最终通过全连接层输出故障概率。在ATPCU故障数据集上进行实验，模型平均准确率达98.22%。研究结果表明：时频双分支协同工作显著优于单一分支，表明时域波形与频域能量信息对故障特征提取具有互补作用，仅依赖任一分支均易导致故障模式混淆；图注意力网络的引入稳定提升了诊断精度，证明传感器间的物理耦合关系是区分复杂故障的重要依据。由对比实验结果可知，所提模型的各项指标均优于Transformer、LSTM、TCN等替代方案，在保证精度的前提下显著降低了计算开销，具备更强的判别能力。该模型能够自适应融合时频域互补信息并动态捕捉传感器交互关系，为列车运行控制系统的智能运维提供一种高精度、高效率且可解释的故障诊断技术方案。  
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    2026-10-09

    唐鑫, 谢亚坤, 吴思汝, 柏雯静, 康泽霖, 胡宗文, 马尊国

    2026: 1-15. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20261040
    摘要：针对施工期桥塔点云顶部缺失、临时构件及非对应区域引起的建筑信息模型（BIM）与点云配准不稳定问题，以某悬索桥施工期H形桥塔的实测点云为例，提出一种结构分层约束的鲁棒配准方法。首先，提出多层结构切片粗配准方法，利用塔柱与横梁在不同高度处的分层结构关系，选取下部塔柱、下横梁、中部塔柱、弧形横梁和上部塔柱等典型结构层，构建具有构件对应关系的多层结构切片。通过各层结构中心及主方向加权估计绕竖向轴旋转和三维平移，减弱顶部缺失及整体外包络变化的影响，提高不完整点云条件下的初始位姿稳定性。其次，建立结构引导的鲁棒精配准算法，利用主体结构区域的稳定几何约束，融合结构分区采样、距离与法向一致性筛选、自适应Huber加权和点到点稳定项，抑制临时构件、局部噪声、离群点及BIM非对应区域引起的错误对应和位姿漂移。实验结果表明，保留塔高由100%降至70%时，定向包围盒方法的均方根误差由3.030 m增至5.759 m，所提方法由4.963 m降至3.660 m，在80%和70%条件下较前者分别降低22.5%和36.4%。精配准后有效结构区域的均方根误差约为0.203 m；在20%～60%的合成非对应点干扰下，相较结构引导Huber基线，平均参考点漂移降低47.5%～52.7%，以参考点漂移不超过0.20 m为判据的稳定比例为0.70～1.00。所提方法在保持主体结构对齐精度的同时，提高了顶部缺失和非对应点干扰条件下的位姿稳定性，可为桥塔施工进度核验、偏差分析、施工状态感知及施工期数字孪生建模更新提供空间配准基础。  
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    2026-10-09

    姜屏, 娄琼文, 吴星翰, 李娜, 王伟, 何钶波, 吴珺华

    2026: 1-14. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20261194
    摘要：为探究整体式EPS包覆轻质土（MECS）的轴向承载特性与破坏机理，研究EPS套筒厚度和密度对其轴压性能与破坏机制的影响，为软土路基轻量化设计提供依据。以建筑泥浆土为基体，掺入水泥和聚丙烯纤维，制备外径50 mm、高100 mm的圆柱形MECS试样。设置EPS套筒厚度T为0、2、4、6、8和10 mm，试样标准养护28 d后开展无侧限抗压试验，加载速率为2 mm/min，获得不同工况下的应力—应变曲线及无侧限抗压强度 （qs）。同步采用数字图像相关（DIC）技术，对加载过程中试样表面全场应变、侧向变形及裂纹扩展进行实时监测。基于ABAQUS建立三维有限元模型，土芯采用Mohr-Coulomb本构模型，EPS套筒采用Drucker-Prager本构模型，并考虑套筒—土芯界面接触与摩擦作用；在试验验证的基础上，分析EPS密度为10～30 kg/m³时MECS承载性能及破坏模式的变化。结果表明：MECS试样应力-应变曲线呈典型应变软化特征，无侧限抗压强度qs随T增大而降低；与纯土体相比，T=2 mm试样qs提高11%，而T由4 mm增至6 mm时强度损失率达14%。DIC云图揭示所有试样均呈剪切破坏模式，剪切裂缝与水平面夹角45°~60°，且随T增大裂缝扩展速率减缓，约束效应增强。有限元模拟结果与试验吻合良好；EPS密度由10 kg/m³增至30 kg/m³时，qs显著提高，破坏形态由单一斜裂纹发展为多条贯通裂纹。研究可为MECS在软土路基工程中的低碳减重设计提供理论依据。  
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    2026-10-09

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