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基于车桥耦合效应的高速铁路车辆桥梁称重(BWIM)方法
| 论文题名： | 基于车桥耦合效应的高速铁路车辆桥梁称重(BWIM)方法 |
| 关键词： | 桥梁动态称重;车桥耦合;卡尔曼滤波;时变系统 |
| 摘要： | 随着高速铁路的快速发展，我国铁路运输正往高速化、重载化方向发展。对于铁路列车而言，准确的重量信息对铁路基础设施的评估和维修具有重要的价值。然而，现有的桥梁动态称重(BWIM)方法在车速较大时存在误差，无法通过信号处理对动态效应进行滤波。因此，本文提出了一种新的基于车桥系统动态耦合的快速通行铁路列车BWIM算法（SPKF算法）。本文主要从以下几个方面展开工作： （1）系统分析了传统桥梁称重方法理论原理和数值实现过程及其本质缺陷和局限性。传统BWIM方法假定动态效应是静态响应周围的附加波动，可以通过使用信号处理方法来过滤。然而，随着车速的增加，车辆与桥梁之间的动态交互持续时间变短，产生瞬态信号，使得动态效应难以滤波。 （2）基于车桥耦合系统提出了一种高速铁路客车快速桥梁称重算法。首先建立了铁路客车-桥梁竖向耦合运动方程，形成了车桥系统状态空间模型；然后以铁路客车过桥时产生的部分桥梁动力响应作为观测值，将其输入SPKF算法中对铁路客车的重量等信息进行估计。通过算例分析验证了该算法的有效性，且该算法识别精度较高、收敛速度较快、稳定性较好、抗噪声性能较强。 （3）基于车桥耦合系统提出了一种铁路货车的快速桥梁称重算法。首先建立了铁路货车-桥梁耦合运动方程，形成了时变车桥状态空间方程；然后将铁路货车重量的识别转化为车桥系统的参数识别问题，建立了车桥系统状态空间模型；最后利用SPKF算法对铁路货车进行动态称重分析。通过算例分析验证了该算法的有效性，且该算法识别精度较高、稳定性较好、抗噪声性能较强。 （4）考虑到实际情况，对所提算法在参数不确定性的情况下作了进一步的验证。分别研究了车桥系统中常见的车辆(刚度k和阻尼c)和桥梁参数(弹性模量Eb和质量密度mb)不确定对SPKF算法识别列车重量的影响。研究表明：由于结果在很大程度上受估计Eb的准确性影响，为了确保重量识别的准确性，需要通过现场测试来识别桥梁的刚度。 |
| 作者： | 皮东平 |
| 专业： | 桥梁与隧道工程 |
| 导师： | 肖祥 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 武汉理工大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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