[發明專利]一種考慮頂鎬作用面的道岔鋼軌橫向頂彎方法

有效

• 申請號: 202011105749.4
• 申請日: 2020-10-15
• 公開（公告）號: CN112231955B
• 公開（公告）日: 2023-03-31
• 發明（設計）人: 戚向東;張海冬;常龍;趙聰;李紫琪;董志奎
• 申請（專利權）人: 燕山大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李洪福

1.一種考慮頂鎬作用面的道岔鋼軌橫向頂彎方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、建立不同支距下的道岔鋼軌橫向頂彎過程載荷-撓度模型；

S2、建立不同支距下的道岔鋼軌橫向頂彎過程有限元仿真模型；

S3、基于所述有限元仿真模型中不同支距下的有限元仿真數據，引入頂鎬作用面修正系數，對不同支距下的所述載荷－撓度模型進行修正；

S4、根據不同支距下的修正系數，建立支距-修正系數模型；

S5、根據所述支距-修正系數模型，并結合所述載荷-撓度模型，建立修正后的載荷-撓度模型；

S6、根據所述修正后的載荷-撓度模型，建立考慮頂鎬作用面的頂彎預測模型，其用于預測頂彎行程。

2.根據權利要求1所述的一種考慮頂鎬作用面的道岔鋼軌橫向頂彎方法，其特征在于：

在所述步驟S1中根據彈塑性理論及矯直理論建立所述載荷-撓度模型，所述載荷-撓度模型為：

式(1)中：

F為頂彎載荷；

a為頂彎載荷系數；

M_t為頂彎過程的彈性極限彎矩；

m₁、m₂、m₃為頂彎過程塑性變形系數；

W_y為道岔鋼軌斷面系數；

ξ_min為頂彎過程的最小彈區比；

l為頂彎過程的單邊支距，其為頂彎支距L的一半；

δ_Σ為頂彎過程的總下壓撓度；

δ為頂彎過程的下壓撓度；

l_t為頂彎過程的單邊彈性區域長度；

E為道岔鋼軌材質的彈性模量；

I為鋼軌截面的水平軸慣性矩；

C_Σ為頂彎過程的總彎曲曲率；

C_t為頂彎過程的彈性極限曲率；

ξ為頂彎過程的彈區比。

3.根據權利要求1所述的一種考慮頂鎬作用面的道岔鋼軌橫向頂彎方法，其特征在于：

所述步驟S2中，采用有限元仿真軟件對道岔鋼軌橫向頂彎過程進行仿真，除道岔鋼軌外，其他部件均設置為剛體，對上部頂鎬施加位移約束，對下部支撐鎬以及支撐平板施加固定約束，道岔鋼軌與上部頂鎬、道岔鋼軌與下部支撐鎬以及支撐平板均采用摩擦接觸，建立不同支距下的所述有限元仿真模型進行仿真。

4.根據權利要求2所述的一種考慮頂鎬作用面的道岔鋼軌橫向頂彎方法，其特征在于：

在所述步驟S3中，基于所述有限元仿真模型中不同支距下的有限元仿真數據，引入頂鎬作用面系數并對所述載荷-撓度模型中的總下壓撓度δ_Σ進行修正，得到修正后的總下壓撓度δ_Σ′，

使得修正后的載荷-撓度曲線與有限元仿真模型所得的載荷-撓度曲線相匹配。

5.根據權利要求4所述的一種考慮頂鎬作用面的道岔鋼軌橫向頂彎方法，其特征在于：

在所述步驟S4中，對步驟S3得到的支距-修正系數離散點進行擬合得到所述支距-修正系數模型，擬合后支距與修正系數之間符合線性關系，其關系如下：

式(3)中，k為支距-修正系數曲線的斜率，b為支距-修正系數曲線的截距。

6.根據權利要求5所述的一種考慮頂鎬作用面的道岔鋼軌橫向頂彎方法其特征在于：

在所述步驟S5中根據所述載荷-撓度模型與所述支距-修正系數模型得到修正后的載荷-撓度模型如下：

7.根據權利要求6所述的一種考慮頂鎬作用面的鋼軌橫向頂彎方法，其特征在于：

所述步驟S6具體過程如下：對所述修正后的載荷-撓度模型中的彈性階段進行線性擬合，得到直線F＝Kδ，K為所述修正后的載荷-撓度模型中的彈性階段以及線性回彈階段的斜率；對所述修正后的載荷-撓度模型中的塑性階段進行多項式擬合，得到曲線F＝f(δ)；在下壓撓度δ軸上的點(δ_c,0)處以斜率K做直線F＝Kδ+B,得到線性彈性回彈階段，其中δ_C為鋼軌頂彎后的彎折點的殘留撓度,B為所述修正后的載荷-撓度模型中線性回彈階段的直線的截距；

結合擬合后的彈性階段、擬合后的塑性階段和線性彈性回彈階段得到所述頂彎預測模型：

式(5)中，F_t為彈性極限載荷，F_m為頂彎極限載荷。