[發(fā)明專利]地震作用下高速鐵路橋上行車數(shù)字孿生精細協(xié)同仿真方法

有效

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• 申請日: 2022-10-09
• 公開（公告）號: CN115292972B
• 公開（公告）日: 2023-01-24
• 發(fā)明（設計）人: 蘇偉;王雨權;國巍;廖立堅;李林安;管仲國;李艷;聞濟舟;鄭志平;楊智慧;劉龍;傅安民
• 申請（專利權）人: 中國鐵路設計集團有限公司;中南大學;天津大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F30/13;G06F17/18;G06F17/11;G06F111/10;G06F119/14
• 代理公司: 天津漿果知識產(chǎn)權代理事務所(普通合伙) 12240
• 代理人: 王龑

本發(fā)明公開了一種地震作用下高速鐵路橋上行車數(shù)字孿生精細協(xié)同仿真方法，包括以下步驟：建立上部結(jié)構子系統(tǒng)數(shù)字孿生仿真計算模型；建立下部結(jié)構子系統(tǒng)數(shù)字孿生仿真計算模型；建立軌道不平順數(shù)字孿生仿真計算模塊；得到在輪軌接觸面的耦合動力關系；建立地震波數(shù)字孿生仿真計算模塊；得到上部結(jié)構子系統(tǒng)與下部結(jié)構子系統(tǒng)之間的數(shù)字孿生耦合動力關系；建立彈塑性纖維梁柱單元數(shù)字孿生地震仿真分析模塊；得到高速列車運行數(shù)字孿生安全評價指標。本發(fā)明能夠針對地震作用下高速鐵路橋上行車數(shù)字孿生精細協(xié)同仿真進行數(shù)字化構建，解決地震作用下高速鐵路橋上行車物理模型與數(shù)據(jù)驅(qū)動模型精準映射建模、設計、分析、診斷、決策的底層關鍵技術問題。

技術領域

本發(fā)明屬于交通運輸業(yè)橋梁工程技術領域，具體涉及一種地震作用下高速鐵路橋上行車數(shù)字孿生精細協(xié)同仿真方法。

背景技術

截至2021年底，全國高鐵營運里程已達4萬公里，到2025年，以“八縱八橫”為主骨架的高速鐵路網(wǎng)將覆蓋50萬人口以上城市，高鐵營運里程將達到5萬公里，橋梁結(jié)構在大多數(shù)高鐵線路中占比超過50%。另一方面，我國地震具有活動頻度高且具有強度大、震源淺、分布廣的特點，西部地區(qū)斷層和地震帶廣泛分布，地下構造活動較為活躍。這就意味著地震時高速鐵路橋梁上行車的概率大大增加，地震時橋梁的振動對行車安全有顯著的影響。

近年來地震時高速鐵路橋梁上列車運行安全問題和動力響應特性引起了鐵路工程界的廣泛關注，并圍繞地車輛模型和橋梁模型、輪對和橋梁相互作用模型和地震輸入方式等方面開展了深入的研究。但多數(shù)研究停留于使用商業(yè)軟件Simpack和Opensees進行聯(lián)合仿真，無法做到精細化的數(shù)字孿生仿真計算。

針對上述問題，很有必要研究出一套自主可控的地震作用下高速鐵路橋上行車數(shù)字孿生精細協(xié)同仿真方法，用以系統(tǒng)解決準確模擬真實環(huán)境中的地震作用下高速鐵路橋上行車孿生模型精細協(xié)同仿真問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明為解決現(xiàn)有技術存在的問題而提出，其目的是提供一種地震作用下高速鐵路橋上行車數(shù)字孿生精細協(xié)同仿真方法。

本發(fā)明的技術方案是：地震作用下高速鐵路橋上行車數(shù)字孿生精細協(xié)同仿真方法，包括以下步驟：

A.建立上部結(jié)構子系統(tǒng)數(shù)字孿生仿真計算模型；

B.建立下部結(jié)構子系統(tǒng)數(shù)字孿生仿真計算模型；

C.建立軌道不平順數(shù)字孿生仿真計算模塊；

D.基于上部結(jié)構子系統(tǒng)數(shù)字孿生仿真計算模型、軌道不平順數(shù)字孿生仿真計算模塊，得到列車和軌道在輪軌接觸面的耦合動力關系；

E.建立地震波數(shù)字孿生仿真計算模塊；

F.基于上部結(jié)構子系統(tǒng)數(shù)字孿生仿真計算模型、下部結(jié)構子系統(tǒng)數(shù)字孿生仿真計算模型、得到上部結(jié)構子系統(tǒng)與下部結(jié)構子系統(tǒng)之間的數(shù)字孿生耦合動力關系；

G. 建立彈塑性纖維梁柱單元數(shù)字孿生地震仿真分析模塊；

H.得到高速列車運行數(shù)字孿生安全評價指標。

更進一步的，步驟A建立上部結(jié)構子系統(tǒng)數(shù)字孿生仿真計算模型，具體過程如下：

首先，高速列車根據(jù)拉格朗日方程原理建立振動運動方程；

然后，無砟軌道中的扣件、軌枕、道床板采用參振質(zhì)量的形式進行模擬；

再后，無砟軌道中的鋼軌采用帶剛臂單元模擬；

最后，橋梁梁體采用帶剛臂單元聯(lián)合變截面空間梁單元模擬。

更進一步的，步驟B建立下部結(jié)構子系統(tǒng)數(shù)字孿生仿真計算模型，具體過程如下：

首先，支座采用支座模型進行模擬；