[发明专利]一种高速铁路及城市轨道交通轨道结构试验模拟系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种高速铁路及城市轨道交通轨道结构试验模拟系统，属于铁道工程结构试验模拟系统领域。

背景技术

随着我国路网干线的全面提速，高速铁路、客运专线、重载运输和城市轨道交通的发展，轨道结构作为铁路或地铁行车的重要基础设施，面临着高(快)速和重载等诸多技术难题。为保证高速铁路和客运专线的高平顺性和高舒适性、延长重载铁路轨道结构部件的使用寿命、实现城市轨道交通的减振降噪，我国轨道交通积极引入和自主创新了轨道结构及部件，解决了轨道工程建设中一些关键技术难题，取得了显著的社会效益和经济效益，如无砟轨道的大面积推广和铺设、减振扣件和高速道岔的应用等，为高速、重载铁路和城市轨道交通提供了有力的技术支撑。

在轨道结构及部件研发项目中，轨道结构试验对轨道结构的开发设计、施工、试运营和养护维修提供了重要的技术标准和参考依据，是轨道结构的研究过程中必不可少的一环，占有非常重要的地位。借鉴国外轨道结构及部件较成熟的技术与研究发展模式，轨道结构及部件的开发与设计首先需要进行大量的室内试验和现场试验，在满足一定的技术标准后，才能在现场推广和应用。无论是室内试验还是现场试验均需要昂贵的试验设备和试验部件，试验过程也相当复杂与繁琐，而且受到外界环境影响较大，需要付出大量的科研经费和人力资源，最终增加工程建设的投资。

高速铁路及城市轨道交通轨道结构及部件的研究与应用，要求一种能够节省科研经费投入，并具有较高试验灵活度的轨道结构及部件试验模拟系统。目前国内外尚没有此种试验模拟系统，本发明填补了这一空白，可以应用于工程试验与科研之中，并且可以为相关教学提供经济、快捷、生动的仿真试验和演示平台。

发明内容

为了克服现有轨道结构试验技术的不足，本发明提供一种高速铁路及城市轨道交通轨道结构试验模拟系统，其通过构建友好的人机交互平台，基于有限元理论建立轨道结构和各部件的模型，高度仿真室内试验和现场试验条件；并通过更换和组合不同类型的部件，模拟各种加载条件下轨道关键部件和轨道整体结构的受力与变形等情况，对得到的模拟试验数据加以整理和分析，生成形象的动画进行演示。本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种高速铁路及城市轨道交通轨道结构试验模拟系统，其包括：

(1)试验模拟平台模块，其是一个人机交互系统平台，用户在进入该模块后，选择不同的轨道结构及部件进行各种动力或静力试验；

(2)轨道结构及部件试验仿真模型构建模块，本模块是试验模拟系统的核心部分，其包括：关键部件模拟单元，其负责进行轨道结构关键部件的模拟；和整体性能模拟单元，其负责进行轨道结构整体性能的模拟；以及，

(3)数据采集和分析处理模块，本模块实现对模型试验数据的采集和分析功能，实现数据的保存与输出，对试验数据进行相应的统计分析；

各模块之间的连接关系如下：

用户通过所述试验模拟平台对所述轨道结构及部件试验仿真模型进行组装，从而构建所述轨道结构及部件试验仿真模型构建模块；对所述轨道结构及部件试验仿真模型加以不同类型的荷载和轨道不平顺激励，并采用有限元方法进行轨道力学特性的仿真试验，并将所述仿真试验数据发送给所述数据采集和分析处理模块进行统计分析和处理，并保存和输出处理结果。

本发明的技术方案进一步还包括：

在试验过程中，用户通过所述试验模拟平台模块对各种类型的部件进行组装，并加以不同类型的荷载和轨道不平顺激励，进行不同条件、不同工况下的轨道试验。

所述轨道结构及部件试验仿真模型构建模块利用有限元分析软件建立轨道结构及其部件的有限元模型，所述轨道结构及其部件包括：钢轨、轨枕、扣件和无砟轨道板。

所述关键部件模拟单元包括：钢轨结构模拟子模块、扣件结构模拟子模块、轨枕结构模拟子模块和其它结构模拟子模块；所述整体性能模拟单元包括：轨道落轴试验子模块、无砟轨道测试子模块、无缝线路测试子模块和轨道动态测试子模块；其中，各个子模块之间连接关系如下：

根据用户选择指示，利用所授予有限元分析软件中的开发语言创建接口，将所述关键部件模拟单元中的钢轨结构模拟子模块、扣件结构模拟子模块、轨枕结构模拟子模块和其它结构模拟子模块连接起来；并进行所述轨道落轴试验子模块、无砟轨道测试子模块、无缝线路测试子模块和轨道动态测试子模块的轨道结构组装及模拟测试。

在所述轨道结构及部件上设置扩展试验的接口，便于将来优化和完善系统功能。

利用动画制作软件制作试验过程和试验结果的演示动画，呈现整个试验的过程，为相关教学和科研提供生动的动画展示。