[發明專利]基于聯合仿真的橋上無砟道岔結構系統及其動力分析方法

在審

• 申請號: 201210195597.0
• 申請日: 2012-06-13
• 公開（公告）號: CN103488805A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發明（設計）人: 高亮;李蒼楠;侯博文;趙磊;蔡小培;肖宏;辛濤;馬春生
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 張雪梅

1.一種基于聯合仿真的橋上無砟道岔結構系統，其特征在于：該系統包括：車輛模型、道岔模型、軌道及橋梁子結構模型；以及車輛和道岔之間的輪軌耦合接觸模型、道岔和橋梁之間的軌道支承模型；所述道岔模型為無砟軌道道岔模型，所述軌道及橋梁子結構模型包括鋼軌模型、軌道板模型、簡支梁橋模型和連續梁橋模型；

所述車輛模型采用SIMPACK軟件完成；所述道岔模型首先制作道岔截面離散數據文件，然后由SIMPACK軟件輪軌模塊還原成具有實際道岔截面特征的變截面道岔模型；所述軌道及橋梁子結構模型采用ABAQUS軟件完成，然后通過SIMPACK軟件的FEMBS模塊導入SIMPACK軟件環境；在上述建模工作的基礎上，所述輪軌耦合接觸模型和軌道支承模型在SIMPACK軟件中實現車輛、道岔、橋梁之間的相互連接和耦合求解。

2.一種基于聯合仿真的橋上無砟道岔結構系統動力分析方法，其特征在于：該方法包括：

車輛建模：利用SIMPACK軟件來完成多剛體車輛結構的建模，求解后得到車體加速度、輪軌作用力、脫軌系數以及輪重減載率四種關鍵動力學指標；

道岔建模：根據實際的道岔截面圖紙，制作截面數據文件，利用SIMAPCK軟件對截面沿軌道縱向進行插值計算，建立變截面道岔模型；ABAQUS軟件建立鋼軌、道岔板等實體結構模型，求解后得到道岔尖軌、心軌的開口量；

軌道及橋梁子結構建模：利用ABAQUS軟件來完成鋼軌、無砟軌道、橋梁結構的建模并生成子結構模型，通過SIMPACK軟件的FEMBS模塊導入SIMPACK軟件，求解后得到鋼軌、軌道板、橋梁結構的振動加速度、動位移兩種關鍵動力學指標；以及，

耦合求解：在上述建模工作的基礎上，分析車岔之間的動力相互作用以及道岔與橋梁之間的動力相互作用，在SIMPACK軟件中利用相應力元和移動標記建立輪軌耦合接觸模型和軌道支承模型，實現車輛模型、道岔模型、橋梁模型的連接和耦合求解。

3.根據權利要求2所述的橋上無砟道岔結構系統動力分析方法，其特征在于：所述車輛建模中，針對車體、前后轉向架、以及每一輪對的空間自由度進行整車結構的模擬。

4.根據權利要求2所述的橋上無砟道岔結構系統動力分析方法，其特征在于：所述道岔建模中，根據道岔的實際軌頭輪廓，通過編程離散成道岔軌頭截面數據文件，根據截面數據文件，通過插值計算建立道岔結構模型；所述道岔軌頭截面，包括道岔基本軌截面、尖軌截面、心軌截面、護軌截面。

5.根據權利要求2所述的橋上無砟道岔結構系統動力分析方法，其特征在于：所述軌道及橋梁子結構建模中，鋼軌采用梁單元，軌道板采用空間實體單元，橋梁采用空間實體單元進行模擬。

6.根據權利要求2所述的橋上無砟道岔結構系統動力分析方法，其特征在于：在所述耦合求解中，所述輪軌耦合接觸模型，對軌面和車輪踏面形狀進行離散，由SIMPACK軟件采用赫茲接觸模型確定輪軌空間接觸幾何關系，通過在SIMPACK軟件中建立啞元實現剛體車輪模型與柔性體鋼軌模型的耦合接觸，所述啞元為一質量和慣性趨近于零的虛擬物體，滿足力平衡條件和變形協調條件，對系統動力學特性沒有影響，僅起傳遞輪軌力的作用，從而滿足岔區輪軌接觸的復雜性要求并實現剛柔耦合接觸；所述軌道支承模型是指，根據不同的連接型式確定相應的剛度和阻尼參數，通過彈簧-阻尼單元模擬道岔與橋梁之間的動力相互作用。

7.根據權利要求2所述的橋上無砟道岔結構系統動力分析方法，其特征在于：在所述耦合求解中，所述輪軌耦合接觸模型和所述軌道支承模型完成車輛、道岔、橋梁模型的耦合，由SIMPACK軟件的時域積分模塊確定輪軌接觸狀態，計算輪軌相互作用力，并對所組成的車輛-道岔-橋梁空間耦合系統進行求解，從而得到系統各部分的動力響應。

8.根據權利要求2至7中任意一項權利要求所述的橋上無砟道岔結構系統動力分析方法，其特征在于：所述道岔為無砟軌道道岔，所述橋梁包括簡支梁橋和連續梁橋。