[發(fā)明專利]一種列車?軌道?結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)高效動(dòng)力分析方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610370410.4
• 申請(qǐng)日: 2016-05-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107451384A
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-12-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱志輝;龔?fù)?/a>;王力東;楊樂(lè)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中南大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F19/00
• 分類號(hào): G06F19/00
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

1.一種列車-軌道-結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)高效動(dòng)力分析方法，其特征在于：包括車輛結(jié)構(gòu)模型模塊、軌道結(jié)構(gòu)模型模塊、下部結(jié)構(gòu)模型模塊、車輪和軌道鋼軌之間的輪軌動(dòng)力接觸模型模塊、軌道不平順模塊、軌道和下部結(jié)構(gòu)間的動(dòng)力相互作用模型模塊；其中，車輛結(jié)構(gòu)模型模塊與軌道結(jié)構(gòu)模型模塊通過(guò)輪軌接觸關(guān)系耦合為整體時(shí)變的車輛-軌道子系統(tǒng)，下部結(jié)構(gòu)為下部結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)；車輛-軌道子系統(tǒng)與下部結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)間通過(guò)軌道與下部結(jié)構(gòu)間的相互作用力平衡條件實(shí)現(xiàn)耦合；每一時(shí)間步內(nèi)，車輛-軌道子系統(tǒng)與下部結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)之間的通過(guò)平衡迭代求解，實(shí)現(xiàn)相互作用力的平衡收斂計(jì)算。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛-軌道-結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)高效動(dòng)力分析方法，其特征在于：構(gòu)建車輛-軌道子系統(tǒng)整體時(shí)變動(dòng)力學(xué)方程；在每一時(shí)間步，根據(jù)車輛位置更新車輛-軌道子系統(tǒng)的系數(shù)矩陣，系數(shù)矩陣包括質(zhì)量矩陣、剛度矩陣、阻尼矩陣中的至少一種；車輛-軌道子系統(tǒng)的動(dòng)力方程通過(guò)逐步積分方法進(jìn)行求解，求解方法采用Euler-Gauss法、Newmark-β法、Wilson-θ法、中心差分法中的至少一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的車輛-軌道-下部結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)高效動(dòng)力分析方法，其特征在于：在整個(gè)數(shù)值計(jì)算分析過(guò)程中，下部結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)動(dòng)力方程的質(zhì)量矩陣、剛度矩陣和阻尼矩陣與結(jié)構(gòu)本身的材料特性、幾何狀態(tài)有關(guān)，與上部列車及列車行車位置無(wú)關(guān)；下部結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)動(dòng)力方程通過(guò)逐步積分方法進(jìn)行求解，求解方法采用Euler-Gauss法、Newmark-β法、Wilson-θ法、中心差分法中的至少一個(gè)。

4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的車輛-軌道-結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)，其特征在于：車輛結(jié)構(gòu)模型模塊建模中，車輛采用剛體動(dòng)力學(xué)建立多剛體動(dòng)力學(xué)模型，或者采用有限元方法建立柔性車體動(dòng)力學(xué)模型；多剛體動(dòng)力學(xué)模型將車體、轉(zhuǎn)向架和輪對(duì)看成剛體，由振動(dòng)車體和前后轉(zhuǎn)向架的沉浮、點(diǎn)頭運(yùn)動(dòng)特征以及每一輪對(duì)的沉浮運(yùn)動(dòng)特征進(jìn)行整車結(jié)構(gòu)的模擬，車體與轉(zhuǎn)向架、轉(zhuǎn)向架與輪對(duì)間通過(guò)線性彈簧及阻尼器連接。

5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的車輛-軌道-結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)，其特征在于：軌道結(jié)構(gòu)模型模塊建模中，鋼軌采用空間梁?jiǎn)卧磳?shí)際截面屬性進(jìn)行建模；扣件以及軌下橡膠墊板采用彈簧-阻尼單元進(jìn)行建模；對(duì)于有砟軌道，軌枕采用空間梁?jiǎn)卧M，道床采用Winkler地基模擬；對(duì)于無(wú)砟軌道，軌道板采用空間板單元模擬，軌道板下支撐采用彈簧-阻尼單元模擬。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛-軌道-結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)，其特征在于：下部結(jié)構(gòu)模型模塊采用有限元法建模，根據(jù)下部結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性，采用板單元、梁?jiǎn)卧椈?阻尼器單元和桿單元混合建模的方式模擬下部結(jié)構(gòu)的各個(gè)不同結(jié)構(gòu)構(gòu)件。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛-軌道-結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)，其特征在于：車輛結(jié)構(gòu)模型模塊與軌道結(jié)構(gòu)模型模塊間的耦合通過(guò)輪軌接觸單元實(shí)現(xiàn)，輪軌接觸模型采用綁定密貼接觸模型、線性接觸模型或非線性接觸模型。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛-軌道-結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)，其特征在于：軌道不平順模塊中，根據(jù)軌道譜生成的模擬軌道不平順樣本曲線，或者用戶根據(jù)實(shí)測(cè)輸入的樣本曲線。

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛-軌道-結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)高效動(dòng)力分析方法，其特征在于：在通過(guò)迭代方法計(jì)算車輛-軌道子系統(tǒng)和下部結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)之間的耦合求解時(shí)，軌道與橋梁之間的動(dòng)力相互作用是指根據(jù)軌道結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)在接觸點(diǎn)處的相對(duì)位移及由不同的連接形式確定的相應(yīng)剛度和阻尼系數(shù)計(jì)算得到的軌道結(jié)構(gòu)與下部結(jié)構(gòu)間的相互作用力。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的車輛-軌道-結(jié)構(gòu)耦合系統(tǒng)高效動(dòng)力分析方法，其特征在于：在耦合求解中，迭代技術(shù)控制求解精度是指通過(guò)設(shè)定位移和力的收斂準(zhǔn)則，在每一步計(jì)算完成后，比對(duì)車輛-軌道子系統(tǒng)和下部結(jié)構(gòu)子系統(tǒng)之間位移、作用力是否滿足收斂準(zhǔn)則，從而判斷是否結(jié)束當(dāng)前計(jì)算步的耦合計(jì)算。