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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

电话：0731-82656536

邮箱：jrse@csu.edu.cn

地址：湖南省长沙市韶山南路22号，中南大学天心校区

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Volume 23 期 3，2026 2026年第23卷第3期

  • 高速铁路技术

    娄平, 胡闻思, 李永和

    DOI：10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20250881
    摘要：随着我国高速铁路速度的提高，在高速铁路运营过程中出现了较为严重的高频振动，加剧轮轨动力作用，严重影响列车运行的安全性、平稳性。另外，更高运行速度是我国高速铁路未来发展的主要方向之一。因此，很有必要针对更高运行速度车辆-轨道系统高频振动特性及影响等问题开展前沿探索性研究。首先建立考虑轮对与构架柔性的车-轨耦合系统动力学模型并对其正确性进行验证；其次，研究车辆速度对车轨高频振动的影响规律，从时、频域两方面探究车辆结构和轨道结构关键部件的垂向振动特性；最后，从幅频角度分析车辆速度对一、二系弹簧的垂向振动传递特性的影响，找出一、二系振动传递的主要路径。研究结果表明：随着车辆速度增加，车辆结构和轨道结构关键部件的垂向振动加剧，最大垂向加速度随之增大，且呈线性增长。车辆运行速度会对一、二系垂向振动传递特性产生较大影响，在时速400 km+的运行条件下，对于一系振动传递贡献较大的结构是一系垂向减振器，对于二系振动传递贡献较大的结构是二系横向减振器，可以通过对一系垂向减振器和二系横向减振器的结构参数的优化来控制一、二系的振动传递。研究成果可为探究高频振动对高速列车的影响及时速400 km+高速列车的安全运行提供理论支撑。  
    关键词：高速列车;动力响应;高频振动;振动传递;数值模拟   
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    更新时间：2026-04-04

    何香昱, 宋瑞, 赵日鑫, 姜俊平

    DOI：10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20250745
    摘要：节假日期间，高速铁路因客流在时间和空间上的高度集聚，常出现区域性运力紧张现象，亟需实现乘客出行需求与运力资源的精准匹配。建立铁路预约服务机制，明确乘客与铁路运营方之间的交互关系，在高速铁路平行通道内，允许乘客在不指定具体出发和到达车站的情况下提交城市间出行需求。构建基于列车车次备选集的两阶段双目标优化模型，第1阶段模型根据稳定客流需求，确定固定运行列车车次及其动车组交路；第2阶段模型根据预约产生的波动客流需求，优化非固定运行列车车次及所有列车车次的动车组交路。调用GUROBI，采用约束转换算法求解两阶段模型的Pareto前沿，并对第2阶段Pareto前沿的极值点及拐点进行对比分析，绘制拐点下的列车运行图及动车组交路。改变模型中稳定客流需求比例和城市间出行需求比例，对不同比例下的Pareto前沿曲线及优化结果进行对比分析。研究结果表明：所构建的两阶段优化模型能够有效匹配需求与运力资源，在保障乘客服务水平的同时，实现高速铁路平行通道内运力资源的协同配置与高效利用。在第2阶段模型中允许调整第1阶段固定运行列车车次的车型及交路，与不可调整的情形相比，总需求满足率提升3.1%，平均期望出行时间偏差降低11.8%。稳定客流比例处于40%～50%区间时，优化结果在资源利用效率与乘客服务水平上实现良好平衡；城市间出行需求比例越高，越能在保持较高列车客座率的同时，提高总体满足率并降低乘客期望出行时间偏差。研究成果为铁路预约服务机制在实际中的应用提供了理论支撑与实践参考。  
    关键词：预约服务;高速铁路平行通道;列车运行图;动车组交路;Pareto前沿   
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    更新时间：2026-04-04

    石庄彬, 刘星, 刘阳, 徐光明

    DOI：10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20250894
    摘要：快递运输需求日益增长，高铁快运迎来新的发展契机。为高效利用高铁运输资源，使运能分配更加契合实际需求波动，避免运能虚糜或不足，本文提出了一种考虑随机需求的高铁快运专列停站和运能分配协同优化方法。首先，考虑快运需求的随机性，在列车停站约束、列车运输能力以及车站装卸效率约束下，构建了一个以期望利润最大化为目标的高铁快运专列停站与运能分配协同优化的两阶段随机规划模型。第1阶段，确定各列车的停站计划和运能分配方案，以最大化运营高铁快运专列的期望总利润；第2阶段，基于离散概率分布的随机需求任意可能取值，确定最优的快递实际运输计划，最大化高铁快运专列运营收益。随后，将该两阶段随机规划模型等价重构为非线性模型，进一步利用线性化技术将其转化为等效线性规划模型，并采用GUROBI进行求解。最后，基于宁杭高铁进行实例验证。研究结果表明：该方法能有效获得基于离散概率分布随机需求下的高铁快运列车停站和运能分配最优方案，与基于确定性需求得到的方案相比，具有更高期望收益，能很好地适应随机需求波动变化，同时避免了基于场景集构建的数学规划模型因场景数量过大难以求解的难题。本文提出的方法可为高铁快运专列模式下的快递运输组织优化提供参考，有助于提升高铁快运服务效率和铁路企业经济效益。  
    关键词：高铁快运专列;随机需求;停站计划;运能分配方案;线性化   
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    更新时间：2026-04-04

    朱耘瑞, 廖琳, 马荣谦, 姚松

    DOI：10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20250747
    摘要：随着高速列车运营速度的持续提升，对车体轻量化、模态和刚度提出了更高要求。本文以高速列车车体断面轮廓为设计边界，通过对既有车体断面特征的提取与迁移，构建参考设计方案，并对其进行性能评估，以此作为优化设计的性能基准。通过整体优化策略，研究体积分数、载荷比等因素对整体断面型材拓扑优化的影响，并分析单体型材在不同工况下的优化结果，阐明整体优化策略中车顶、侧墙及地板中间区域出现材料缺失现象的内在机制。针对整体优化策略下面板间肋筋不连续的问题，提出协同优化策略，建立从单体型材拓扑优化到整车结构尺寸优化的框架。对于单体型材，基于梁纯弯曲理论，实现了均布载荷到集中载荷的等效转换，建立了综合调控拓扑优化方法，不仅解决了中间区域应变能低而导致的材料缺失问题，还能协调型材在不同方向载荷下的力学特性；优化后的型材组合形成新型断面构型后，对于整车结构，将空载状态下的优化结果作为整备状态下的初始设计，建立了车体状态协同尺寸优化方法。通过以上方法对车体结构进行了优化设计，与参考设计方案相比，结果表明：优化后单体型材的性能得到了提升；新设计方案减重10.741%，等效弯曲刚度、1阶垂弯模态频率分别提升了21.819%、9.832%。本研究为高速列车车体结构设计提供了优化设计方法和参考，为复杂结构的优化设计提供了一种新思路。  
    关键词：高速列车车体;拓扑优化;尺寸优化;轻量化;模态;刚度   
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    更新时间：2026-04-04

    于强业, 齐金平, 于立业

    DOI：10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20250890
    摘要：针对现有的动车组制动系统可靠性建模分析方法大多忽略运营过程中部件性能状态随工作时间、工作载荷等因素而动态退化，且在系统服役期间内缺乏全面有效的瞬时动态退化测度指标，以及动车组制动系统在实际运营过程中故障数据信息源复杂多样，导致零部件故障概率无法精确描述的问题，提出动车组制动系统模糊多状态动态退化可靠性分析方法：首先根据齐次连续时间马尔可夫理论(homogenous continuous time Markov process, HCTMP)与制动系统动态退化机理，结合制动系统退化转移机制构建多状态动态退化模型，准确表达部件性能退化与系统多种性能状态之间的相互转移关系。引入动态集成期望、状态滞留时间以及标准化预期时间3个瞬态指标描述全生命周期内任意时刻系统退化状态。其次，通过设置筛选函数对结构性能函数进行预筛选以降低模型计算复杂度，采用三角模糊数处理多状态退化迁移数据。最后，与蒙特卡洛及连续时间贝叶斯方法对比验证本文模型的准确性，并对兰新高铁CRH5型动车组制动系统进行可靠性建模分析。研究结果表明：本文模型可以有效表征制动系统动态退化特性与多状态特性的耦合机理，筛选过后计算时间相对减少21.58%，有效降低模型复杂度及计算复杂度。研究结果中，一系列瞬态指标可为制定动车组制动系统零部件的维修计划提供理论指导。  
    关键词：制动系统;可靠性分析;多状态;动态退化;HCTMP模型;瞬时指标   
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    更新时间：2026-04-04
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    徐菁涛, 高国清, 于天剑, 张璐琳

    2026: 1-12. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20260155
    摘要：针对燃料电池动力系统中对变换器输入电流波形质量较高的应用需求，提出了一种零输入电流纹波软开关Boost变换器。在传统的Boost电路的基础上，仅将变换器中的独立的Boost滤波电感替换为一个两绕组的耦合电感，不增加额外的辅助元件，就可以实现零输入电流纹波运行。并且与交错并联的Boost变换器相比，所提出的零纹波Boost变换器的零输入电流纹波特性不受占空比变化的影响，能够在整个运行电压和负载范围内实现零输入电流纹波，并且电路结构和控制更加简单，硬件成本更低。此外，为了减小开关损耗，提升转换效率，所提出的零纹波Boost变换器工作在临界连续模式下，可以实现全范围的零电压软开关。所提出的临界连续模式控制策略采用全数字控制，开关频率根据运行工况自适应调节，保证零电压开关（Zero Voltage Switching，ZVS）实现的同时，减小环流与导通损耗。并且，所提出的控制策略仅需要采样电压和电流的平均值，无需过零点检测和高带宽的传感器，进一步简化了硬件复杂度。变换器的零输入电流纹波特性同时也解决了临界连续模式下电感电流较大的缺点，可以进一步减小输入滤波电容值。最后，本文介绍了耦合电感的详细设计过程，以及数字式临界连续模式控制流程，并搭建了一台输入80-160V，输出250V，500W的实验样机，实验结果验证了所提出方案的有效性和可行性，能够适用于低电流纹波需求的应用场合。  
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    李花, 刘畅, 费继友, 许明伟, 李禹雄, 邓俊, 王国辉, 张翀

    2026: 1-12. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20260266
    摘要：高速列车的制动盘在刹车过程中要耗散巨大动能，会导致盘面温度急剧升高。温度分布不均加上反复作用的热应力，是导致制动盘出现热疲劳损伤的主要因素。对流换热系数是对制动盘热应力分布影响最大的参数。为了使分析结果更准确，基于制动过程中空气流速的变化特性，建立一个更符合实际运行状况的对流换热动态模型。在250km/h典型的制动工况下做了对比实验，结果显示，新的动态模型预测的温度变化趋势以及关键测温点的数据和实际测量的结果吻合度更高，证明这个模型具有一定优势。根据这个结论，我们把改进后的对流换热计算子程序整合进去，构建了简化的制动系统三维模型，运用直接热力耦合的有限元仿真方法，从各方面研究了制动初速度变化时的热力学响应规律。模拟得到的结果显示，当初速度由120km/h升至200km/h时，制动盘表面的峰值温度会从265℃比较明显地上升至400℃左右，同时应力峰值出现的时间会提前，幅值也有比较明显的增大。通过分析后发现，速度加快会让制动盘内部的温度梯度变得更不均匀，材料局部的热膨胀会受到强烈限制，进而出现比较明显的应力集中。这种反复作用的热应力，是热疲劳裂纹产生和扩展的根本原因，长期积累下来，可能会让制动盘出现龟裂甚至断裂，直接影响运行安全。研究通过建立精确的对流换热模型并完成直接热力耦合分析，为深入理解高速制动下制动盘的失效机理提供了重要依据，也为后续结构优化与寿命预测奠定了理论基础。  
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    张洪浩, 杨文涛, 于东涛, 侯林, 彭勇, 王丹琦

    2026: 1-17. DOI: 10.19713/j.cnki.43-1423/u.T20260246
    摘要：目前针对薄壁结构耐撞性能的研究多倾向于准静态轴向、斜向等单一压溃工况，基于整车耐撞性的结构力学特性研究鲜有。本研究将在已验证的嵌套式波纹结构几何构型基础上，结合有限元和多体动力学理论，建立基于嵌套结构和车辆系统的四编组列车刚柔耦合碰撞动力学模型，并开展联合仿真求解及参数化设计分析，揭示关键设计参数对列车碰撞动态响应及耐撞性能的影响机理；结合增广拓扑神经进化算法，将有限的模拟数据、工程知识与进化神经网络相集成，建立知识-数据融合驱动的列车碰撞动力学响应预测方法（evolutionary neural network integrating knowledge and data， ENNIKD），通过与克里金模型（Kriging Model）、响应面模型（response surface model， RSM）以及径向基函数模型（radial basis function， RBF）对比，对所构建神经网络模型性能进行验证；结合多目标灰狼优化算法和预测模型，提出一种嵌套式波纹结构特征参数优化策略，即MOGWO-ENNIKD算法，实现多目标驱动下结构最优设计。研究结果表明：所构建的刚柔耦合模型可有效模拟列车碰撞动态过程中的结构形变特征及车体运动响应；结构在碰撞过程中能稳定耗散冲击能量，吸能力级满足整车级碰撞要求；所提出的ENNIKD方法预测精度达97%以上，有效实现了知识融合；所提出的MOGWO-ENNIKD优化策略在平均减速度（vehicle impact deceleration， VID）和车轮最大抬升量（wheel vertical rise， WVR）性能上分别提高12.93%和28.59%，结构综合性能实现了显著提升。研究成果为仿生薄壁吸能结构的工程化应用提供了整车级碰撞分析与参数优化方案，对提升列车被动安全具有重要的实践价值。  
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