[發明專利]一種濕化有砟道床數值模擬方法

在審

• 申請號: 202110697459.1
• 申請日: 2021-06-23
• 公開（公告）號: CN113392531A
• 公開（公告）日: 2021-09-14
• 發明（設計）人: 高亮;石順偉;王向寧;蔡小培;肖宏;侯博文;韓易昂;徐萌;肖一雄
• 申請（專利權）人: 北京交通大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06T17/00;G06F111/10
• 代理公司: 北京市誠輝律師事務所 11430
• 代理人: 朱偉軍;耿慧敏

1.一種濕化有砟道床數值模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：利用離散單元法對有砟道床部件進行建模，其中，所述有砟道床部件包括軌枕以及多個不同形狀的道砟顆粒；

S2：利用室外參數標定試驗以及基于JKR接觸本構的參數標定仿真試驗，對濕化狀態下道砟顆粒的關鍵參數進行標定；其中，所述關鍵參數包括靜摩擦系數、滾動摩擦系數和表面能；

S3：基于建模后的有砟道床部件、已標定的關鍵參數以及JKR接觸本構，構建濕化有砟道床模型，并開展道砟顆粒間濕化粘結數值實驗。

2.根據權利要求1所述的一種濕化有砟道床數值模擬方法，其特征在于，步驟S1具體包括：

S101：分別獲取多個不同形狀的道砟顆粒的三維外形；其中，多個所述道砟顆粒的三維外形均是利用激光掃描道砟顆粒的各個面的外形特征并將其進行整合所得到的；

通過內部球體填充的方式分別對多個道砟顆粒的三維外形進行填充，得到多個不同形狀的道砟顆粒離散元模型；

S102：利用剛性幾何體結構對軌枕進行建模，得到軌枕離散元模型。

3.根據權利要求2所述的一種濕化有砟道床數值模擬方法，其特征在于，步驟S101中，道砟顆粒離散元模型的剪切模量、泊松比和密度分別為15～30GPA、0.15～0.2、2400～2750kg/m³；步驟S102中，軌枕離散元模型的剪切模量、泊松比和密度分別為12～18Gpa、0.2～0.3、2100～2400kg/m³。

4.根據權利要求1所述的一種濕化有砟道床數值模擬方法，其特征在于，所述JKR接觸本構的表達式為：

式中，γ為濕顆粒的表面能，α為接觸面半徑，δ為法向重疊量；E^*為等效彈性模量，R^*為等效接觸半徑。

5.根據權利要求4所述的一種濕化有砟道床數值模擬方法，其特征在于，步驟S2具體為：

利用室外道砟圓筒堆積試驗以及基于JKR接觸本構的仿真道砟圓筒堆積模擬試驗；并利用休止角對濕化狀態下道砟顆粒的關鍵參數進行標定；其中，所述關鍵參數包括靜摩擦系數、滾動摩擦系數和表面能。

6.根據權利要求5所述的一種濕化有砟道床數值模擬方法，其特征在于，步驟S2具體包括：

S201：篩選道砟顆粒并將其放入水中浸泡10-15小時，利用其進行室外道砟圓筒堆積試驗，得到濕化道砟顆粒堆積體的第一休止角；重復多次所述室外道砟圓筒堆積試驗，并計算多個第一休止角的平均值；

S202：利用步驟S201得到的平均值，并根據不同關鍵參數分別建立對應的基于JKR接觸本構的道砟圓筒堆積仿真模型；利用其進行仿真試驗，得到與關鍵參數對應的濕化道砟顆粒堆積體的第二休止角；

S203：根據不同關鍵參數分別對應的第二休止角并利用響應面法計算分析得到最優值，并將最優值作為標定的關鍵參數，所述關鍵參數包括靜摩擦系數、滾動摩擦系數和表面能。

7.根據權利要求6所述的一種濕化有砟道床數值模擬方法，其特征在于，所述靜摩擦系數、滾動摩擦系數和表面能所對應的最優值分別為0.51、0.12和31.1J/m²。

8.根據權利要求7所述的一種濕化有砟道床數值模擬方法，其特征在于，室外道砟圓筒堆積試驗以及基于JKR接觸本構的仿真道砟圓筒堆積模擬試驗中圓筒的直徑大于道砟顆粒中最大粒徑的4-5倍，圓筒高度為圓筒直徑的3-4倍。