[發明專利]一種非線性Hertz彈簧的建立方法及應用

有效

• 申請號: 202110478765.6
• 申請日: 2021-04-30
• 公開（公告）號: CN113191051B
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 趙鑫;尹杉;黃雙超;張鵬;凌亮;楊吉忠;溫澤峰
• 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;G06F119/14
• 代理公司: 成都擎智秉業專利代理事務所(普通合伙) 51227
• 代理人: 徐驥

1.非線性Hertz彈簧的建立方法，其特征在于，該非線性Hertz彈簧用于輪軌動力學模型法向接觸分析，該非線性Hertz彈簧的建立方法包括以下步驟：

S1、獲取車輛運行速度、鋼軌波磨波長；

S2、建立三維輪軌瞬態滾動接觸有限元模型，根據車輛運行速度、鋼軌波磨波長，獲取不同工況下的法向輪軌力F_NR；

S3、建立車輛-軌道耦合動力學模型，根據車輛運行速度、鋼軌波磨波長，并基于非線性Hertz接觸彈簧，可獲取不同工況下法向輪軌力F’_NC，即

通過進一步引入修正因子k，以得到基于改進后的Hertz彈簧下的法向輪軌力，即

S4、設定多個修正因子k的初始嘗試值，代入至改進后的Hertz彈簧中，并利用耦合動力學模型求解對應法向輪軌力，進而推導出k的三次樣條函數；

通過對k的不斷地迭代變化直至k＝k^*時，使得耦合動力學模型預測的法向輪軌力F”_NC接近于瞬態有限元模型預測的法向輪軌力F_NR；k^*為每一個工況對應的修正因子；

當|F”_NC-F_NR|0.1kN，則停止迭代，得到當前工況對應的k^*，然后通過改變車輛運行速度、鋼軌波磨波長得到不同工況下的k^*，將不同工況求得的k^*擬合為分段函數，得到改進后的Hertz彈簧：

G為輪軌接觸常數，取4.96*10^-8mm/N^2/3

δz為輪軌間的彈性壓縮量，單位m。

2.如權利要求1所述的非線性Hertz彈簧的建立方法，其特征在于：通過改變車輛運行速度、鋼軌波磨波長后得到改進后的Hertz彈簧，之后繼續改變波磨波深并驗證該Hertz彈簧是否適合其他波磨深度，最終得到適于不同速度、波磨波長和波磨波深下輪軌法向接觸分析的改進后的Hertz彈簧。

3.如權利要求1所述的非線性Hertz彈簧的建立方法，其特征在于：當|F”_NC-F_NR|0.1kN無法滿足的情況下，取對應于的|F”_NC-F_NR|最小值的k。

4.如權利要求1所述的非線性Hertz彈簧的建立方法，其特征在于：在根據車輛運行速度、鋼軌波磨波長建立三維輪軌瞬態滾動接觸有限元模型并獲取不同工況下的法向輪軌力F_NR時，通過在三維輪軌瞬態滾動接觸有限元模型中的鋼軌網格的細化區域內，精確求解車輛運行速度v在一定范圍內，通過波長W在一定范圍內的多個工況下的短波波磨下的高頻輪軌相互作用，進而獲知不同工況下的法向輪軌力F_NR。

5.如權利要求4所述的非線性Hertz彈簧的建立方法，其特征在于：將每個速度、波長工況下對應的擬合k值重新代入耦合動力學模型中，計算得到基于采用擬合后且帶有修正因子的非線性Hertz彈簧下的法向輪軌力F”_NC-M。

6.根據權利要求1-5任意一項所述的非線性Hertz彈簧的建立方法得到的法向接觸模型用于對輪軌短波不平順激勵下的高速高頻輪軌法向接觸行為分析中。