[发明专利]一种桥上无缝道岔结构体系及其动力分析方法

权利要求书

1.一种桥上无缝道岔结构体系，其包括：车辆结构模型、道岔结构模型、桥梁结构模型；以及车辆结构和道岔结构之间的车岔作用模型、道岔和桥梁之间的岔桥作用模型；其中，

所述道岔结构模型包括有砟轨道道岔模型和无砟轨道道岔模型，所述桥梁结构模型包括简支梁桥模型和连续梁桥模型；

所述车辆结构模型和车岔之间的动力相互作用模型采用自编程序FORTRAN模块完成；所述道岔结构模型和所述桥梁结构模型以及道岔与桥梁之间的动力相互作用模型采用ANSYS模块完成；在上述建模工作的基础上，接口和控制程序FORSYS通过FORTRAN模块和ANSYS模块实现车辆、道岔和桥梁之间的相互连接和耦合求解。

2.一种桥上无缝道岔结构体系动力分析方法，其特征是：包括：

车辆结构建模：其利用自编程序FORTRAN模块来完成车辆结构的建模，求解后得到车体加速度、轮轨作用力、脱轨系数以及轮重减载率四种关键动力学指标；

道岔结构建模：利用ANSYS模块来完成道岔结构的建模，求解后得到钢轨结构和轨道板结构的振动加速度、动位移两种关键动力学指标；

桥梁结构建模：利用ANSYS模块来完成桥梁结构的建模，求解后得到桥梁结构的振动加速度、动位移两种关键动力学指标；以及，

耦合求解：在上述建模工作的基础上，分析车岔之间的动力相互作用以及道岔与桥梁之间的动力相互作用，利用相应接口和控制程序FORSYS模块实现FORTRAN模块和ANSYS模块的连接和耦合求解。 

3.根据权利要求2所述的桥上无缝道岔结构体系动力分析方法，其特征是：所述车辆结构建模中，针对车体和前后转向架的沉浮、点头、横移、侧滚和摇头运动特征，以及每一轮对的沉浮、横移、侧滚和摇头运动特征进行整车结构的模拟；钢轨按实际截面属性进行建模，区间钢轨采用等截面空间梁模拟，尖轨和心轨部位采用变截面空间梁模拟；扣件采用弹簧-阻尼单元进行模拟。

4.根据权利要求2所述的桥上无缝道岔结构体系动力分析方法，其特征是：所述道岔结构建模中，对于有砟轨道无缝道岔，岔枕采用空间梁单元模拟；对于无砟轨道无缝道岔，轨道板采用空间板单元模拟；岔枕或轨道板下的支承采用弹簧-阻尼单元来模拟。

5.根据权利要求2所述的桥上无缝道岔结构体系动力分析方法，其特征是：所述道岔结构建模中，根据道岔结构的力学特性进行道岔结构建模，所述道岔结构的力学特征包括：间隔铁与顶铁之间的非线性作用；尖轨与基本轨之间的非线性作用；心轨与翼轨之间的非线性作用；尖轨与滑床台之间的非线性作用；以及，心轨与滑床台之间的非线性作用。

6.根据权利要求2所述的桥上无缝道岔结构体系动力分析方法，其特征是：所述桥梁结构建模中，根据桥梁结构的力学特性，对桥梁结构进行合理简化，采用空间变截面梁单元进行模拟。

7.根据权利要求2所述的桥上无缝道岔结构体系动力分析方法，其特征是：在所述耦合求解中，所述车岔之间的动力相互作用以轮轨接触的方式体现，对轨面和踏面形状进行离散，用迹线法动态确定轮轨空间接触几何关系，从而满足岔区轮轨接触的复杂性要求；所述道岔与桥梁之间的动力相互作用是指，根据不同的连接形式确定相应的刚度和阻尼参数，通过弹簧-阻尼单元进行模拟。 

8.根据权利要求2所述的桥上无缝道岔结构体系动力分析方法，其特征是：在所述耦合求解中，所述FORTRAN模块包含了车辆结构建模所需要的全部信息，所述车辆结构建模所需要的全部信息包括：车辆结构自由度的分配以及车辆各部分的质量、刚度和阻尼参数；所述ANSYS模块包含了道岔结构和桥梁结构建模需要的信息，所述道岔结构和桥梁结构建模需要的信息包括：自由度的分配以及各子结构的质量、刚度和阻尼参数。

9.根据权利要求2所述的桥上无缝道岔结构体系动力分析方法，其特征是：在所述耦合求解中，所述接口和控制程序FORSYS通过所述FORTRAN模块和所述ANSYS模块完成车辆和道岔的耦合，判断车岔相对位置，确定轮轨接触状态，计算轮轨相互作用力，并对所组成的车辆-道岔-桥梁空间耦合系统进行求解，从而得到系统各部分的动力响应。

10.根据权利要求2至9中任意一项权利要求所述的桥上无缝道岔结构体系动力分析方法，其特征是：所述道岔包括有砟轨道道岔和无砟轨道道岔，所述桥梁包括简支梁桥和连续梁桥。