努力掌握核心技术，为智能铁路“拾砖”

——记西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室 缪炳荣课题组

“每个人的生命都应该如花朵一般，能沿着前行的荆棘路一路盛开；能绽放出自己独有的美丽。每个人短暂的生命历程中都应该能不虚此行，真正明白生命的意义。”科研人员更是如此，使命与挑战同行，需要为我们的国家和社会奉献出应有的价值……

开篇之词出自西南交通大学轨道交通运载系统全国重点实验室博士生导师缪炳荣的文集《走在路上听风雨》。面对科研道路上的各种艰难困苦，勇于担当，敢于默默无闻，是每一个科研工作者必须要经历的风雨路。正如王选院士所说，科学和艺术是相通的，二者都需要认真学习和继承前人成果的基础上做出重大创新；科学和艺术都讲究美，简单的公式可以解释复杂的物理现象是一种美；灵巧的设计不仅可以让产品性能价格比大大提高，也可以给人以美的享受。科学研究本身就是一种美，但是，核心技术的创新和开发之路异常艰辛。科研工作者都应该学会淡泊名利、踏踏实实和勤勤恳恳，迎难而上，才能真正地解决工程中的实际难题，做出真正有含金量的技术成果。今天，让我们走进西南交通大学缪炳荣课题组的科研团队，聆听他们作为普通的科研工作者是如何在科学技术的创新道路上的跋涉人生。

课题组长期在我国的轨道车辆疲劳领域深耕细作，积极参与了我国高速列车的引进消化吸收和再创新的过程，虽然时常面临项目不足的难题，但是依然埋头苦干，不争名利是非，发挥集体的力量，深入研究轨道车辆结构关键部件的耦合振动及多学科的疲劳设计优化，以及智能运营维护的问题。这些年也取得了一些成果，简要概括为几点：

提出轨道车辆结构关键部件的多学科疲劳设计优化的系统方法，且成功应用于高速列车结构关键部件的疲劳寿命预测及耐久性分析。

团队依赖主持的“国家863计划”子课题、国家自然基金项目、教育部和四川省等项目，以及主研的“国家973计划”和国家自然基金重点等项目的支持，和业内外专家和科研人员紧密合作，先后提出和完善了以车辆多体系统动力学为核心的多学科疲劳设计优化方法，不仅充分考虑结构疲劳载荷的复杂工况，而且将刚柔耦合、流固耦合、风致荷载、疲劳载荷谱等集成在一起，可以更好地从载荷的角度研究高速列车关键结构部件轻量化设计后的抗疲劳设计问题。比如，利用国家自然基金面上项目“高速列车车体结构共振响应下的耦合振动特性及载荷谱研究”和“基于耦合振动响应的轨道车辆载荷识别与损伤识别新技术研究”的资助，不仅分析解决了实际工程中某型动车组车体和车下吊挂设备关键位置开裂的问题，而且利用局部共振效应的动力学作用的机理问题分析，提出了更为有效的动力学逆问题理论（反方法）在结构疲劳裂纹溯源方面的应用，可以从结构的动态设计的角度，迅速解决工程结构裂纹损伤难以溯源的根本难题。课题组利用和张卫华教授联合主持的国家863计划子课题项目“高速检测列车总体技术条件及集成技术研究”，为高速列车总体技术方案和总体设计思路提供了充分的理论依据和技术支撑，成果已经应用在 CRH380-B 型高速列车的研制。同时，与现场的工程师们共同努力，成功解决我国高速列车系统关键技术的顶层参数设计和系统集成设计的关键问题上，不仅在结题时获得优秀评价，相关的成果也在科学出版社以专著的形式出版，论文发表于国内外的顶级期刊。团队近年主持研制的“中国标准动车组降噪板组装工艺研究”切实解决了高速列车车轮的减振降噪国产自主化技术的突破，打破了国外关键技术的垄断。目前正在考虑将拓扑优化设计与声学黑洞技术相互结合，对未来的轨道车辆结构进行减振和降噪的核心技术攻关。

将结构动力学正逆混合问题理论应用在铁路智能运维中的PHM技术中，结合数字孪生技术和机器学习方法，研制轮对的裂纹跟踪系统的软硬件系统。

课题组针对车辆结构部件状态的实时在线状态智能诊断和监控的难题，不仅立足于现代检测技术，而且与人工智能、大数据、智能传感器等新兴技术的融合，研究大数据、数字孪生和云计算等在未来铁路智能运维中的工程应用难题。近些年，通过对车体和车下设备、车轮扁疤缺陷和多边形的跟踪和溯源性研究，已经可以从多学科设计优化的角度帮助企业解决结构损伤发生的溯源性问题，真正从根子上解决产品设计的不足问题。

2019年在南京召开的亚太国际振动力学会议上，课题组宣读的报告提出将动力学逆问题理论方法应用于车辆关键部件的裂纹跟踪和溯源上，可以更好地应用在轨道车辆的智能运维技术的升级和创新上。相关成果迅速引起国内外学者的关注。2023年，课题组获批四川省重点研发项目 “车辆关键部件安全服役状态的实时监测和在线评估新技术”。主要目标是将结构动力学逆问题理论和传统的轨道车辆检测技术相互结合，实现车辆关键结构部件的实时和在线的状态识别，结合智能制造技术，特别是数字孪生技术且对传统的车辆运营维护技术进行关键技术的全面提升。近年来，已经将逆问题的分析技术和方法逐步引入到智能巡检装备的研制过程中，初步取得突破性成果。

实验平台的设计和研究，给年轻人创造更好的发展平台和科研机会

试验台的成功开发是促进研发成果的“助推器”和“转化器”。这些年，课题组利用国家自然基金和国家重点实验室自主项目的资助，先后研制“高速列车多目标比例车体综合振动试验台”、“板梁结构的载荷识别和损伤识别综合试验台”、“阻尼车轮减振降噪试验台”和“比例车辆实时在线的状态监测试验平台”等。利用这些试验台科研团队重点培养博士和硕士研究生们针对车体结构轻量化设计、车下吊挂设备、局部共振效应、抗疲劳性能作用机理和减振降噪问题的基础理论和创新方法的研究，为年轻的硕士和博士研究生们在轨道车辆动力学关键问题的基础研究中提供了理想的实验平台和更好的科研机会。他们先后获得国家奖学金、SKF奖学金、利勃海尔奖学金、校优秀毕业生，学术大会的优秀论文，以及各类奖学金等荣誉。

如今，科研团队立足未来铁路智能制造前沿技术问题，与国内外院校和企业的科研人员积极合作，利用实验平台研制车辆关键部件振动响应的数据特征提取技术，从动力学正逆混合问题的角度考虑耦合振动及局部共振等特点，建立“振动响应－裂纹损伤－共振载荷－车辆动态特性”精细化动力学模型，探明车辆状态在线评估的作用机理。通过提出数据驱动的载荷识别与损伤识别问题的最优算法，开展快速安全的状态在线评估方法，以及研制先进的科学仪器实现轨道远程智能巡检技术。这种关键技术工程应用前景广阔，可以更好地实现轨道车辆结构的状态的运维监测与管理，比如根据轮轨力的识别结果，可以迅速溯源车辆动态特性和参数的匹配的问题，确定是否修正车辆悬挂参数，或是根据车轮的典型缺陷的损伤识别结果及时镟修和轨道打磨等。

“做难事，必有所得。”做一个积极向上，对自己负责，对社会有贡献的人。

缪炳荣老师这样寄语自己的学生们。这句话也是课题组成员的座右铭，指引大家在科研的道路上积极进取。团队成员平时也非常注意理论与工程实践的结合，注意与企业的合作研究等方式，加快成果的转化和应用。课题组虽然近些年来也先后取得了一些成绩，但是这些成绩和其他大团队取得的成果相比，还微不足道，但也是科研道路上很好的激励。课题组一直倡导所有人向王选院士的精神学习，在科研道路上坚持合作、不争名利和是非，坚持不懈努力，将对科研的热爱，融入到为国家和社会的贡献中，体现我们作为普通科研人员“拾砖”的价值。

如何真正实现铁路运维的“智能制造”，构建未来轨道车辆系统的运营维护平台，需要的不仅仅是软硬件自主技术的研制，更重要的是将传统运营维护技术与不同层级的数字孪生技术相互融合，真正实现未来铁路的智能运维。科研探索永无止境，智能铁路是未来铁路的主要趋势导向，但是任重道远。最后引用文集的一句话：“未来之路虽任重道远，却也不敢忘却使命，唯与这个伟大的时代同行，心才能走的更远，世界才能更广阔！”