[發明專利]鐵路道床道砟侵入物多尺度分析模型快速構建的方法

有效

• 申請號: 202110321443.0
• 申請日: 2021-03-25
• 公開（公告）號: CN113128102B
• 公開（公告）日: 2023-10-03
• 發明（設計）人: 肖宏;高亮;張智海;令行;侯博文;辛濤;彭華;井國慶;劉光鵬;張茉顏;金鋒;崔旭浩
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G06F30/25
• 分類號: G06F30/25;G06F30/23;G06F30/13;G06T7/00;G06T7/60;G06F111/10
• 代理公司: 北京市商泰律師事務所 11255
• 代理人: 劉源

本發明提供一種鐵路道床道砟侵入物多尺度分析模型快速構建的方法，在指定細顆粒、道砟子模型區域，建立細顆粒、道砟子模型，設置周期邊界將細顆粒模型導入道砟子模型。利用顆粒刪除法生成了近似全空隙填充的細顆粒?道砟子模型。借助子模型組合法將細顆粒?道砟子模型組裝成道砟箱模型，利用顆粒等質量替換法進行沙粒粒徑敏感性分析，確定合理的細顆粒粒徑模擬尺寸。借助鄰近網格填充法、子模型組合法生成了不同細顆粒含量的道床離散元模型。利用3個球體構建不同圓度的不規則細顆粒模板，利用中心坐標顆粒替換法，生成含有不規則細顆粒的道床模型。本發明通過自編fish語言函數實現了三維空間含細顆粒的鐵路道床快速建模和道砟空隙的快速填充。

技術領域

本發明涉及鐵路顆粒流數值模擬技術領域，涉及一整套細顆粒材料侵入鐵路道床道砟空隙的離散元模型快速生成方法，特別是涉及一種細顆粒材料侵入鐵路道床道砟空隙的多尺度分析模型快速構建方法。

背景技術

沙漠鐵路以及運煤專線等在實際運營過程中一直面臨著細顆粒的危害。這是由于細顆粒(沙粒)不斷侵入道床，填充道砟空隙，改變了原有的道床顆粒組分，從而引起了一系列工務病害，如造成道床失去彈性、軌枕傷損、軌道結構剛度增大、輪軌接觸區動力響應變大、車輪磨耗加劇、道床養護維修困難等。這些病害輕則降低了軌道結構的使用性和耐久性，重則使軌道不平順加劇，影響行車的平穩性和安全性。因此，為保障列車的正常運營，需深入研究細顆粒(沙粒)侵入對軌道結構宏細觀力學特性的影響，這對風沙區鐵路道床養護維修作業有著重大的意義。

目前針對細顆粒侵入道床的力學特性研究，僅僅停留在室內靜力試驗的宏觀特征上，現場試驗鮮有報道。許多學者利用有限元法來模擬含有細顆粒(沙粒)道床，存在明顯不足，不能反映顆粒之間的細觀接觸特性；已有的含細顆粒(沙粒)的道床模型大多采用二維模型，不能反映復雜列車荷載作用下，道床的三維空間動態力學特性；雖有三維離散元含細顆粒(沙)道床模型，但都是基于道砟箱或桶狀試驗，與現場運營情況有較大差別，而且在模擬過程中將細顆粒(沙粒)粒徑直接放大10倍，忽略了細顆粒(沙粒)尺寸對模型計算結果的影響。此外，含有細顆粒(沙粒)道床多尺度效應顯著，細顆粒(沙粒)與道砟粒徑相差懸殊，且顆粒數目成百上千萬，建立三維離散元模型存在細顆粒(沙粒)懸浮和模型難以平衡的問題。

發明內容

本發明的實施例提供了一種鐵路道床道砟侵入物多尺度分析模型快速構建的方法，目的是提供了細顆粒材料侵入鐵路道床道砟空隙的多尺度分析模型快速構建方法，解決現有技術的中還沒有完整的含有細顆粒的道床離散元模型構建方法的問題。

為了實現上述目的，本發明采取了如下技術方案。

鐵路道床道砟侵入物多尺度分析模型快速構建的方法，包括：

構建沙粒試樣邊界墻體，將沙粒粒徑進行放大處理生成沙粒，賦予接觸參數和平衡條件，設置周期邊界，獲得沙粒子模型；

建立道砟試樣邊界墻體，通過圖像識別方法提取道砟復雜的幾何特征，賦予接觸參數和平衡條件，設置周期邊界，獲得道砟子模型；

對該沙粒子模型和道砟子模型進行疊加處理，縮小沙粒粒徑，刪除與道砟顆粒重疊的沙粒，然后恢復沙粒粒徑，設置周期邊界，獲得沙粒-道砟子模型；

建立道砟箱模型墻體邊界，將沙粒-道砟子模型進行拼裝組合，導入軌枕子模型，設定平衡條件，刪除多余顆粒，獲得沙粒粒徑敏感性分析模型；

基于沙粒粒徑敏感性分析模型，利用等質量顆粒替換方法，不斷減小沙粒粒徑，獲得沙粒模擬尺寸；

基于道砟子模型，結合沙粒模擬尺寸，指定初始含沙量，填充沙粒，設置平衡條件及周期性邊界，獲得初始含沙量子模型；通過模型組合法進一步獲得初始含沙量道床整體模型，并導入軌枕子模型進行拼裝及模型平衡，獲得初始含沙量的軌枕-道床離散元模型；