[发明专利]一种双块式无砟轨道道床板和轨枕块连接面损伤识别方法

说明书

本发明公开了一种双块式无砟轨道道床板和轨枕块连接面损伤识别方法，该方法采用含脱黏损伤的内聚力模型，模拟轨枕块与道床板连接面损伤，建立双块式无砟轨道有限元计算模型，提取道床板和轨枕块在高频低幅列车荷载作用下的加速度振动响应，基于小波包分解理论分析振动信号在各频带的能量变化规律，提取损伤特征指标，建立脱黏程度与频带能量的映射关系，实现脱黏损伤程度识别。本发明的识别方法更为简洁，能够快速有效的对道床板和轨枕块连接面脱黏损伤程度进行检测。

技术领域

本发明属于双块式无砟轨道损伤识别技术领域，具体涉及一种双块式无砟轨道道床板和轨枕块连接面脱黏损伤程度识别方法。

背景技术

双块式无砟轨道是我国高速铁路无砟轨道结构的主要型式之一，具有结构形式统一、建造成本较低等优点。截至2018年年底，已建成的高速铁路无砟轨道线路共44条，其中西成客专、武广客专及贵广高铁等27条线路采用CRTS I型双块式无砟轨道，应用广泛。CRTSI型双块式无砟轨道作为行车基础，长期暴露在复杂的自然环境中，承受列车荷载、温度、雨水等因素的长期作用，轨道结构易出现损伤，影响轨道的整体强度。

针对双块式无砟轨道损伤，胡佳、赵坪锐等研究了整体升温、整体降温对道床板受力、受损区域和损伤扩展规律的影响。在轨枕松动病害对车辆、轨道系统的动力性能影响方面，杨荣山等通过建立含轨枕松动病害的车辆-双块式无砟轨道-下部基础垂向耦合振动模型，研究了列车速度、轨枕空吊高度及轨枕松动数量对轨道结构动力响应；和振兴等建立考虑单侧轨枕空吊的车辆-轨道空间耦合振动模型，分析了城市轨道交通弹性短轨枕轨道中轨枕空吊对车辆、轨道系统的振动响应影响。针对无砟轨道层间界面位置损伤识别，赵佳通过设置不同程度的无砟轨道层间损伤，利用模态分析方法得到不同工况下的振型模态、模态曲率以及应变模态数据，对比分析获取模态参数对层间损伤的敏感性规律，确定损伤位置及范围。武思思通过对冲击荷载下轨道板的振动响应变化规律分析，从奇异值、信息熵等多角度提取了损伤特征指标进行脱空识别,有效地进行了层间脱空检测。胡琴，徐巍等提出的基于BP神经网络对板式无砟轨道层间损伤位置进行识别，以参数化处理的振型作为BP神经网络的输入对各损伤工况下板式轨道CA充填层损伤位置进行识别发现。

上述文献在对损伤行为进行分析时，鲜有考虑双块式无砟轨道道床板和轨枕块连接面位置脱黏损伤识别，且层间损伤检测方法较为繁琐，不能快速有效地检测出实际的损伤程度。

发明内容

针对现有技术中的上述不足，本发明提供了一种双块式无砟轨道道床板和轨枕块连接面损伤识别方法，以实现对双块式无砟轨道道床板和轨枕块连接面脱黏损伤程度的有效识别。

为了达到上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种双块式无砟轨道道床板和轨枕块连接面损伤识别方法，包括以下步骤：

S1、采用含脱黏损伤的内聚力模型，模拟轨枕块与道床板连接面损伤，建立双块式无砟轨道有限元计算模型；

S2、利用车辆-轨道耦合动力学模型，获取扣件位置钢轨支点压力时程曲线作为高频低幅列车动荷载激励；

S3、分别在轨枕块与道床板连接面长边和底面设置不同程度的脱黏损伤，提取不同损伤程度下的道床板和轨枕块在步骤S2的列车荷载激励下的加速度振动响应；

S4、采用小波包分解方法对步骤S3中振动响应进行分解，得到不同损伤程度下的各频带能量，选取呈单一变化的频带能量作为损伤特征指标，建立脱黏程度与频带能量的映射关系，实现轨枕块与道床板连接面脱黏损伤程度识别。

进一步地，所述步骤S1在采用内聚力模型模拟轨枕块与道床板的连接面的过程中，分别建立cohesive层、道床板和轨枕块的实体模型，通过“tie”绑定约束，使得cohesive单元两侧的单元位移和应力协调；并且设定内聚力模型的刚度、极限强度、临界断裂能参数以及cohesive层厚度，将界面的张力-位移曲线转变为应力-应变关系曲线。