[發明專利]基于有限元模擬的車輪軌道接觸循環加卸載仿真分析方法

有效

• 申請號: 201810341275.X
• 申請日: 2018-04-17
• 公開（公告）號: CN108664707B
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 王建;楊長衛;黃藝丹;孫曉丹
• 申請（專利權）人: 西南交通大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F30/17;G06F30/15
• 代理公司: 成都信博專利代理有限責任公司 51200
• 代理人: 舒啟龍

一種基于有限元模擬的車輪軌道接觸循環加卸載仿真分析方法，主要步驟如下：(a)利用有限元軟件ABAQUS，建立單軸拉壓軸對稱模型；(b)進行單軸拉壓循環試驗模擬，并根據室內試驗結果和Chaboche模型，對材料非線性硬化參數進行校正；(c)建立車輪?軌道接觸模型，對材料參數和接觸參數進行設置；(d)將單次循環分解為加載階段、平穩滾動階段和卸載階段等3個階段，并分別設置加載條件、約束條件、接觸條件和邊界條件；(e)利用restart機制，導入上一次計算結果，在此基礎上對輪軌接觸加?卸載模擬，并保存卸載階段結果，以作為下一次循環的初始條件。本發明基于非線性有限元模擬方法和接觸力學理論，可對輪軌疲勞、損傷等循環加、卸載行為進行仿真分析。

技術領域

本發明涉及軌道交通安全研究領域，涉及車輪-軌道接觸的理論與實踐計算機仿真方法。

背景技術

當前，地鐵、高鐵等軌道交通體系在我國得到了快速發展和大規模建設。如何評估服役期輪軌體系的安全性和可靠性，是我國軌道交通安全領域所面臨的主要問題。經過參數校正后的有限元模擬技術，可以實現各種工況下的輪軌接觸仿真計算，已被國內外廣泛用于輪軌摩擦、斷裂及損傷分析，因而可作為服役期輪軌安全評估及磨損分析的可靠預測手段。由于軟、硬件計算性能及存儲性能的限制，輪軌接觸模擬尚存在大規模、復雜模型難以運行、循環加-卸載難以實現等缺陷。

借助于大型非線性有限元軟件ABAQUS，利用其優異的接觸處理性能和模型變換技術，可實現對復雜受力條件下的輪軌相互作用進行仿真分析，并大規模降低物理試驗的成本，有助于推動軌道交通科技的發展。輪軌接觸分析需針對車輛平穩運行狀態進行評估，此前的有限元輪軌循環模擬尚未考慮到加、卸載引起的邊界效應影響，因而難以消除誤差。此外，尚未見輪軌循環作用實施方法的相關描述。

發明內容

本發明的目的是針對現有研究的不足，提供了一種能夠消除加、卸載邊界效應影響，準確描述循環荷載作用下輪軌接觸的計算機仿真分析方法。

技術方案：本發明提供的一種基于有限元模擬的車輪軌道接觸循環加卸載仿真分析方法，包括以下步驟：

(1)利用有限元軟件ABAQUS，建立單軸拉壓軸對稱模型；

(2)進行單軸拉壓循環試驗模擬，并根據室內試驗結果和Chaboche模型，對材料非線性硬化參數進行校正；

(3)建立車輪-軌道接觸模型，對材料參數和接觸參數進行設置；

(4)將單次循環分解為加載階段、平穩滾動階段和卸載階段等3個階段，并分別設置加載條件、約束條件、接觸條件和邊界條件；

(5)利用restart機制，導入上一次計算結果，在此基礎上對輪軌接觸加-卸載模擬，并保存卸載階段結果，以作為下一次循環的初始條件。

所述的步驟(1)中，采用常規狗骨式(dog-bone type)光滑圓柱試樣模型，其圓柱直徑為14mm，圓柱長度25.4mm；

所述的步驟(2)中，對單軸循環加壓載荷試驗模擬，基于唯象理論和Chaboche擬合模型，利用相同條件下的室內試驗結果，即應力-應變曲線校正材料的屈服強度、硬化參數力學參數；

所述的步驟(3)中，選取車輪模型和軌道模型，并設置車輪參考點及其耦合剛性面，以模擬車軸剛性體；

所述的步驟(4)中，在加載階段，需休眠無關部件和約束關系及接觸關系，僅保留本次循環所必須的車輪、軌道部件和接觸關系；在平穩滾動階段，設置所關心的監測部位和變量，以做分析所用；在卸載階段，需保留計算結果，以做下一輪分析所用；

所述的步驟(5)中，在加載階段Model-Edit Attributes選項中設置restart數據，在卸載階段Output-Restart requests選項中保留計算結果。