[发明专利]考虑纵向振动的车辆-轨道耦合动力学分析方法

说明书

本发明公开了一种考虑纵向振动的车辆‑轨道耦合动力学分析方法，该方法通过获取车辆参数、轨道参数和界面参数，以及读取不平顺样本，并基于初始条件，先计算出车辆‑轨道系统的位移和速度，进而计算出车辆的牵引力矩、扣件纵向阻力、轨道板与CA砂浆界面的切向内聚力、轮轨垂向力、轮轨纵向蠕滑力以及车辆子系统与轨道子系统的线性内力，最后计算出车辆子系统和轨道子系统的加速度，同时在循环分析过程中，利用车辆子系统和轨道子系统的加速度更新车辆‑轨道系统的位移和速度。本发明通过在车辆牵引加速运行时，记录动态响应数据，直接反应轨道结构之间的纵向相互作用，可方便分析列车动载荷作用下的轨道板和CA砂浆界面处损伤的萌生和演化过程。

技术领域

本发明涉及铁路工程技术领域，尤其涉及考虑纵向振动的车辆-轨道耦合动力学分析方法。

背景技术

现有的车辆-轨道动力学理论中，总是忽略轨道的纵向振动，更不会考虑轨道结构之间的纵向相互作用。实际上，在列车牵引/制动条件下，在轮轨界面之间存在大的纵向蠕滑力，将导致轨道纵向振动，并能够通过扣件传递到至轨道结构。特别是对于CRTS-II板式轨道系统而言，轨道板与CA砂浆之间的层间离缝已成为最常见的轨道病害之一，其中一个原因是温度荷载，另一个原因是在列车动荷载作用下，引起轨道结构层间更显著的剪切效应。

因此，有必要提出一种考虑纵向振动的车辆-轨道耦合动力学分析方法，能够反应出轨道结构之间的纵向相互作用，以及便于分析在列车动载荷作用下的轨道板和CA砂浆界面处损伤的萌生和演化过程。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于：提供一种考虑纵向振动的车辆-轨道耦合动力学分析方法，实现车辆在牵引工况下的加速运行，反应轨道结构之间的纵向相互作用，分析在列车动载荷作用下的轨道板和CA砂浆界面处损伤的萌生和演化。

为实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种考虑纵向振动的车辆-轨道耦合动力学分析方法，其包括以下步骤：

S1：获取车辆参数、轨道参数和界面参数；

S2：设定积分步长、运行终止时间以及车辆-轨道系统的初始位移和速度，并读取不平顺样本；

S3：利用步骤S2中读取的不平顺样本，并基于快速显示积分方法计算出下一时刻车辆-轨道系统的位移和速度；

S4：利用步骤S3中计算出的车辆-轨道系统的位移和速度，分别计算出车辆的牵引力矩、扣件纵向阻力、轨道板与CA砂浆界面的切向内聚力、轮轨垂向力、轮轨纵向蠕滑力以及车辆子系统与轨道子系统的线性内力；

S5：根据步骤S4计算出的牵引力矩、轮轨垂向力、轮轨纵向蠕滑力和车辆子系统的线性内力，计算出车辆子系统的加速度；根据步骤S4计算出的扣件纵向阻力、轨道板与CA砂浆界面的切向内聚力、轮轨垂向力、轮轨纵向蠕滑力和轨道子系统的线性内力，计算出轨道子系统的加速度；

S6：记录动态响应数据；

S7：判断分析时间是否达到设定的运行终止时间，若未达到，则继续执行步骤S3至步骤S7，并将步骤S5中计算出的车辆子系统和轨道子系统的加速度代入步骤S3中，用于计算下一时刻车辆-轨道系统的位移和速度；若达到，则结束分析。

在本发明考虑纵向振动的车辆-轨道耦合动力学分析方法的步骤S4中，根据车辆子系统的速度，计算出牵引力矩。

扣件纵向阻力的计算方式为：

其中，F_Lm为扣件纵向阻力，x表示轨道紧固件的纵向位移，σ₀为x＝0时Dahl摩擦模型的摩擦曲线的斜率，(x_s,F_Lfs)被定义为参考状态，能够在运动过程中更新。