[發(fā)明專利]基于聯(lián)合仿真的橋上無砟道岔結(jié)構(gòu)系統(tǒng)及其動(dòng)力分析方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210195597.0
• 申請日: 2012-06-13
• 公開（公告）號: CN103488805A
• 公開（公告）日: 2014-01-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）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(quán)）人: 北京交通大學(xué)
• 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

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于聯(lián)合仿真的車輛-道岔-橋梁空間耦合模型的橋上無砟軌道無縫道岔結(jié)構(gòu)體系的動(dòng)力分析方法，屬于鐵道工程應(yīng)用計(jì)算與設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

道岔是列車從一股軌道轉(zhuǎn)入或越過另一股軌道時(shí)必不可少的線路設(shè)備，是鐵路軌道結(jié)構(gòu)的重要組成部分，高速道岔更是高速鐵路中限制列車運(yùn)行速度的重要因素，其結(jié)構(gòu)與狀態(tài)對列車運(yùn)行的安全性、平穩(wěn)性以及旅客的舒適度產(chǎn)生直接的影響。

高速鐵路對線路平順性有很高的要求，因而高速鐵路建設(shè)有大量橋上線路。橋梁比例大，高架橋、長大橋較多成為我國高速鐵路的主要特征，且已經(jīng)出現(xiàn)高架車站以及車站咽喉區(qū)位于橋上，如鄭西客運(yùn)專線渭南北站，京滬高速鐵路徐州東站等。高速道岔作為高速鐵路的重大基礎(chǔ)裝備之一，列車高速通過時(shí)，除保證正常使用外還要求具有與區(qū)間線路相同的舒適性，且要滿足橋梁結(jié)構(gòu)受力合理等需要。高速鐵路橋上道岔區(qū)由于橋梁、道岔、車輛相互作用形成車岔橋耦合相互作用系統(tǒng)，其受力狀態(tài)非常復(fù)雜。

建立科學(xué)合理的橋上無縫道岔動(dòng)力分析模型，對橋上無縫道岔系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)力分析，是高速鐵路橋上無縫道岔理論研究中的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一。由于道岔與橋梁的相互作用機(jī)理非常復(fù)雜，所以橋上無縫道岔技術(shù)綜合了橋上無縫線路、無縫道岔以及鐵路大跨度橋梁的技術(shù)特點(diǎn)和難點(diǎn)，是高速鐵路建設(shè)中十分重要且亟待解決的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。

目前國內(nèi)外對橋上道岔動(dòng)力學(xué)的研究多采用商業(yè)軟件或自編程序進(jìn)行仿真計(jì)算和模擬分析，取得了一定的進(jìn)展，但尚沒有成熟的結(jié)論，也較少橋上道岔的實(shí)際施工和運(yùn)營經(jīng)驗(yàn)。目前國內(nèi)對車岔橋系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的研究中，針對軌道和橋梁結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)的研究，多采用有限元方法，而針對車輛運(yùn)營安全性、舒適性的研究，則較多采用多體動(dòng)力學(xué)的方法。有限元方法能夠建立較為精細(xì)的結(jié)構(gòu)模型，然而不易建立輪軌接觸關(guān)系模型，而多體動(dòng)力學(xué)方法能夠針對車輛系統(tǒng)和輪軌接觸關(guān)系進(jìn)行細(xì)致的建模，但不能精細(xì)的反映軌道和橋梁結(jié)構(gòu)。在兩種方法的商業(yè)軟件應(yīng)用基礎(chǔ)上，建立能夠?qū)⒂邢拊Y(jié)構(gòu)模型和多體動(dòng)力學(xué)車輛模型進(jìn)行耦合的聯(lián)合仿真方法，不僅操作簡便，細(xì)致完備，而且能夠準(zhǔn)確反映橋上道岔空間動(dòng)力學(xué)特性。

發(fā)明內(nèi)容

為了克服橋上無縫道岔結(jié)構(gòu)體系現(xiàn)有動(dòng)力分析方法中存在的問題，本發(fā)明的目的在于，提供一種基于聯(lián)合仿真的車輛-道岔-橋梁空間耦合模型的橋上無縫道岔系統(tǒng)動(dòng)力分析方法。本發(fā)明方法針對商業(yè)軟件中多體動(dòng)力學(xué)軟件和有限元分析軟件的特點(diǎn)，利用SIMPACK軟件來完成車輛結(jié)構(gòu)與變截面道岔的建模和車岔之間、軌道與橋梁之間的動(dòng)力相互作用的模擬，利用ABAQUS軟件來完成鋼軌、無砟軌道、橋梁結(jié)構(gòu)的建模，再利用SIMPACK軟件建立滿足力平衡條件和變形協(xié)調(diào)條件的啞元實(shí)現(xiàn)車輛模型和道岔模型之間的剛?cè)狁詈希⑼瓿神詈锨蠼狻１景l(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：

一種基于聯(lián)合仿真的橋上無砟道岔結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，其包括：車輛模型、道岔模型、軌道及橋梁子結(jié)構(gòu)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；其中，所述道岔模型為無砟軌道道岔模型，所述軌道及橋梁子結(jié)構(gòu)模型包括鋼軌模型、軌道板模型、簡支梁橋模型和連續(xù)梁橋模型；

所述車輛模型采用SIMPACK軟件完成；所述道岔模型首先通過自編程序制作道岔截面離散數(shù)據(jù)文件，然后由SIMPACK軟件輪軌模塊還原成具有實(shí)際道岔截面特征的變截面道岔模型；所述軌道及橋梁子結(jié)構(gòu)模型采用ABAQUS軟件完成，然后通過SIMPACK軟件的FEMBS模塊導(dǎo)入SIMPACK軟件環(huán)境；在上述建模工作的基礎(chǔ)上，所述輪軌耦合接觸模型和軌道支承模型在SIMPACK軟件中實(shí)現(xiàn)車輛、道岔、橋梁之間的相互連接和耦合求解。

一種基于聯(lián)合仿真的橋上無砟道岔結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的動(dòng)力分析方法，其包括：

車輛建模：利用SIMPACK軟件來完成多剛體車輛結(jié)構(gòu)的建模，求解后得到車體加速度、輪軌作用力、脫軌系數(shù)以及輪重減載率四種關(guān)鍵動(dòng)力學(xué)指標(biāo)；

道岔建模：根據(jù)實(shí)際的道岔截面圖紙，通過編程離散制作截面數(shù)據(jù)文件，利用SIMAPCK軟件對截面沿軌道縱向進(jìn)行插值計(jì)算，建立變截面道岔模型；ABAQUS軟件建立鋼軌、道岔板等實(shí)體結(jié)構(gòu)模型，求解后得到道岔尖軌、心軌的開口量；

軌道及橋梁子結(jié)構(gòu)建模：利用ABAQUS軟件來完成鋼軌、無砟軌道、橋梁結(jié)構(gòu)的建模并生成子結(jié)構(gòu)模型，通過SIMPACK軟件的FEMBS模塊導(dǎo)入SIMPACK軟件，求解后得到鋼軌、軌道板、橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)加速度、動(dòng)位移兩種關(guān)鍵動(dòng)力學(xué)指標(biāo)。