基于RBFNN的接触网系统可靠性设计方法研究

论文摘要

本文结合铁道部科技项目，采用人工智能技术、可靠性工程方法、概率论与数理统计、随机过程等多学科相结合的方法，以宝成线等主要干线为试验基地，对接触网主要失效模式和系统的可靠性进行理论分析及应用研究，并采用VISUAL BASIC6.0和MATLAB编写了一套接触网可靠性分析软件。概率分布的确定是可靠性分析的前提，本文利用RBF神经网络自组织、自适应和很好的容错能力等特性建立了接触网可靠性分析中概率分布的智能识别系统，通过仿真实验，它的总识别率达到93.75％，并对接触网定位装置故障（维修）时间进行了概率分布的识别，识别的结果为指数分布，通过回归分析得到进一步的验证，为建立接触网系统可靠性分析的马尔可夫模型提供了依据。针对接触线-受电弓滑板这对特殊磨擦副的磨耗特性难以确定的问题，论文首次采用改进了算法的径向基神经网络RBFNN，模拟得到磨耗特性的非线性关系式，用此关系式来分析磨耗率随着外界因素的变化规律，由于改进了算法的RBFN具有很强的函数逼近能力，可以任意精确地逼近连续函数，因此通过网络输出数据和实验数据的对比，获得了很高的精度。并且利用RBF模拟得到的磨耗率与可靠性理论相结合，建立了接触线磨损可靠性分析的数学模型，基于数理统计的原理，定量地对不同型号的接触线的磨损可靠性进行了评价和预测，并提出了减少磨损的措施，为接触线的磨损可靠性研究和设计提供了新的方法和理论依据。论文利用RBF神经网络确定了接触线在不同非对称应力幅下疲劳极限，并根据接触悬挂系统中接触线的振动方程，推导出了接触线在抬升力作用下的应力大小，在此基础上，应用数理统计的方法和原理提出了接触线疲劳可靠性分析和疲劳可靠性优化设计的方法，对影响接触线疲劳失效的各种因素进行了评价与分析。将有限元数值分析（FEM）、RBF网络（RBFNN）和随机模拟法（MonteCarlo）有机结合，提出了接触悬挂各连接部件可靠性分析和设计的RBFNN-MC方法。在有限次有限元数值分析的基础上，充分利用RBF神经网络高度的非线性映射能力和泛化能力，逼近部件随机参数与响应之间的映射关系，由于RBF神经网络可以任意精确地逼近任意连续函数，因此在理论上有效解决了中心矩法存在的精度问题，并且此方法不受随机变量分布形式和极限状态方程非线性的限制，可以获得较高的计算精度。把接触线线夹和套管双耳这个

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摘要

Abstract

第1章绪论

1.1 电气化铁路的概况

1.2 接触网可靠性的提出及研究的意义

1.2.1 我国铁路接触网系统可靠性存在的主要问题

1.2.2 接触网可靠性研究的意义

1.3 铁路可靠性研究的现状

1.3.1 国外研究现状

1.3.2 国内研究现状

1.3.3 我国接触网可靠性研究现状

1.4 神经网络技术的发展及在铁路工程中的应用

1.5 神经网络与接触网可靠性分析结合的优势

1.6 论文主要研究内容

第2章接触网的可靠性及概率分布的RBFNN的识别模型

2.1 前言

2.2 接触网的可靠性评价模型

2.3 径向基神经网络（RBFNN）原理和算法

2.3.1 径向基人工神经网络的结构

2.3.2 径向基神经网络的常用算法

2.4 基于RBFNN的接触网可靠性分布智能识别

2.4.1 接触网可靠性分析中的分布模型

2.4.2 RBFNN的接触网可靠性分布智能识别模型

2.5 小结

第3章接触线磨耗特性及磨损可靠性分析

3.1 前言

3.2 受电弓滑板-接触导线磨损机理分析

3.2.1 机械磨损分析

3.2.2 电气磨损分析

3.2.3 综合作用下的摩擦磨损分析

3.2.4 接触导线磨耗规律

3.3 基于RBFNN的接触线磨耗特性分析

3.3.1 RBFNN网络的优选迭代构造算法

3.3.2 磨耗特性模拟的优化迭代RBFNN的设计

3.3.3 网络仿真实验

3.3.4 磨耗特性分析

3.4 接触线磨损的可靠性分析

3.4.1 接触线磨损可靠性分析的数学模型

3.4.2 典型接触线磨损寿命分析

3.4.3 提高接触导线磨损可靠性的措施

3.5 小结

第4章 RBFNN在接触线疲劳可靠性分析和可靠性优化设计中的应用

4.1 前言

4.2 材料非对称应力幅下疲劳极限的RBFNN模拟

4.2.1 材料疲劳极限估算的基本模型

4.2.2 材料疲劳极限的径向基神经网络模型

4.3 在抬升力作用下接触线的应力

4.3.1 应力的计算模型

4.3.2 接触线在抬升力作用下应力特性分析

4.4 接触线的疲劳可靠性分析与可靠性设计

4.4.1 接触线应力和疲劳强度统计特征量的确定

4.4.2 接触线疲劳可靠性分析

4.4.3 接触线疲劳可靠性优化设计

4.4.4 提高接触导线疲劳寿命的措施

4.5 小结

第5章基于RBF神经网络接触悬挂连结部件的可靠度仿真计算和分析

5.1 前言

5.2 零件强度的可靠度的计算模型

5.3 求解可靠度或可靠度指标的常用方法

5.4 RBFNN-MC算法概述

5.4.1 算法步骤

5.4.2 算法流程

5.5 接触线线夹可靠性计算和分析

5.5.1 接头线夹内部应力影响因素确定

5.5.2 接头线夹内部应力有限元分析

5.5.3 线夹可靠性分析 RBFNN-MC算法网络模型和结果分析

5.6 接触网套管双耳可靠性计算和分析

5.6.1 管双耳内部应力影响因素及有限元计算

5.6.2 套管双耳 RBFNN-MC可靠性分析

5.7 接触网可靠性分析软件的设计

5.8 小结

第6章接触网系统的马尔可夫可靠性分析

6.1 前言

6.2 接触网系统的故障树（FTA）分析

6.2.1 接触网故障树（FTA）的建立

6.2.2 接触网系统的失效分析

6.2.3 接触网的故障跟踪试验及失效数据的处理

6.3 可维修系统的Markov过程模型

6.3.1 Markov过程的基本假设

6.3.2 基于马尔可夫过程的可修串联系统

6.4 基于Markov过程的接触网可靠性分析

6.4.1 接触网系统可靠性分析的马尔可夫模型

6.4.2 结果分析和提高有效度及可靠度的措施

6.5 最优综合决策接触网系统可靠性设计

6.6 本章小结

结束语

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的论文及参加的科研项目

基于RBFNN的接触网系统可靠性设计方法研究

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