[發明專利]一種板式無砟軌道CA砂漿高周疲勞損傷行為計算方法

有效

• 申請號: 202011118898.4
• 申請日: 2020-10-19
• 公開（公告）號: CN112214919B
• 公開（公告）日: 2021-08-17
• 發明（設計）人: 任娟娟;鄧世杰;鄭健龍;張軍輝;韋凱;杜威;章愷堯;葉文龍;田晉丞;劉偉;楊軻昕;張穎
• 申請（專利權）人: 西南交通大學;長沙理工大學
• 主分類號: G06F30/23
• 分類號: G06F30/23;G06F119/04;G06F119/14;G06F119/02
• 代理公司: 北京正華智誠專利代理事務所(普通合伙) 11870
• 代理人: 李林合

1.一種板式無砟軌道CA砂漿高周疲勞損傷行為計算方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、根據CA砂漿疲勞試驗獲取CA砂漿疲勞方程回歸參數h和b，建立CA砂漿S-N曲線，并基于Palmgren-Miner準則得到CA砂漿高周疲勞損傷增量；

所述S-N曲線的表達式為：

S_v＝h+b log N_fv

其中S_v表示第v個分析步的荷載應力水平，其為當前應力與CA砂漿抗壓強度f_c之比，N_fv表示荷載應力水平S_v條件下CA砂漿的疲勞壽命；

S2、基于連續介質力學理論，根據CA砂漿高周疲勞損傷增量構建張量形式的高周疲勞損傷本構模型；

S3、根據高周疲勞損傷本構模型，采用FORTRAN 77語言自編程CA砂漿高周疲勞損傷本構子程序，并在所述子程序中對不同分析步的計算流程分別進行定義，實現循環加載；

S4、應用python腳本語言自動化指定所述子程序中不同分析步的作用功能和荷載的加卸載功能；

S5、對CA砂漿高周疲勞損傷本構子程序進行單元驗證，并將驗證成功的子程序嵌入至板式無砟軌道三維局部精細化有限元模型中，得到基于損傷-有限元全耦合技術的板式無砟軌道CA砂漿高周疲勞損傷計算模型；

S6、采用所述板式無砟軌道CA砂漿高周疲勞損傷計算模型計算得到不同軌道結構缺陷或受載缺陷對CA砂漿層高周疲勞損傷發展規律的影響。

2.根據權利要求1所述的板式無砟軌道CA砂漿高周疲勞損傷行為計算方法，其特征在于，所述步驟S1中CA砂漿高周疲勞損傷增量D的表達式為：

其中表示ΔN_v表示第v個分析步的荷載作用次數，S_v表示第v個分析步的荷載應力水平，其為當前應力與CA砂漿抗壓強度f_c之比，N_fv表示荷載應力水平S_v條件下CA砂漿的疲勞壽命，h和b均表示CA砂漿疲勞方程回歸參數。

3.根據權利要求1所述的板式無砟軌道CA砂漿高周疲勞損傷行為計算方法，其特征在于，所述步驟S2中張量形式的高周疲勞損傷本構模型σ為：

其中表示四階一致性張量，其分量表達式為：

其中δ表示Kronecker符號，下標i,j,k,l均表示四階張量的指標；表示四階損傷張量，其計算表達式為：

其中表示第a個分析步的材料累積的損傷，下標a服從愛因斯坦求和約定，且a＝1,2,...,m，m表示奇數分析步的總步數，表示張量積符號，表示材料彈性張量，ε^e表示材料彈性應變。

4.根據權利要求1所述的板式無砟軌道CA砂漿高周疲勞損傷行為計算方法，其特征在于，所述步驟S3中在所述子程序中對不同分析步的計算流程分別進行定義的具體方法為：

建立特定功能的分析步與荷載幅值曲線，定義偶數分析步時，設置初始增量步為0.5，其中增量步小于0.5時為卸載功能，所述子程序將損傷變量指定為上一步的損傷，并以此更新Jacobian矩陣；

當增量步大于0.5時為加載功能，所述子程序將使用當前計算損傷值；

在第一步分析步時只有加載環節，上一步損傷以及當前損傷均為0，對于所述子程序制定的加卸載損傷選擇功能自動滿足，所述子程序不需要單獨考慮第一步的特殊性，同樣在計算結束時按照當前損傷變量更新Jacobian矩陣；

奇數分析步儲存分析結束時的荷載應力，用于下一步疲勞循環作用下應力場更新；

偶數分析步保持荷載不變，用于疲勞加載次數更新和疲勞損傷增量更新，用于下一分析步中加卸載過程損傷分配。