[发明专利]一种高速铁路道岔表面伤损分析方法

权利要求书

1.一种高速铁路道岔表面伤损分析方法，其特征在于：包括以下步骤：

S1、提取车辆和轨道的基础数据，应用所述基础数据建立高速列车道岔耦合动力学模型；

S2、根据所述高速列车道岔耦合动力学模型进行轮载计算、轮载转移和分担分析，并导出结果；

S3、通过步骤S2的结果建立道岔钢轨组合局部模型，在所述道岔钢轨组合局部模型上附加所述轮载计算的结果和所述轮载转移和分担分析的结果；

S4、根据附加所述轮载计算的结果和所述轮载转移和分担分析的结果的所述道岔钢轨组合局部模型，计算尖轨-基本轨、心轨-翼轨组合下各自表面材料在分担的荷载作用下的塑性变形、磨耗和疲劳并随着车轮通过次数进行磨耗和疲劳累积；

S5、根据累积疲劳损伤发生的位置及对应的荷载次数，计算裂纹萌生的寿命和位置，在尖轨-基本轨所述裂纹萌生位置和心轨-翼轨所述裂纹萌生位置加入理论裂纹模型或者实测裂纹模型，继续模拟荷载转移、分担情况下的裂纹扩展；

S6、根据所述裂纹扩展的情况，判断是出现深裂纹还是表面裂纹引起剥离掉块，从而制订维护措施，对深裂纹进行换轨，对表面裂纹导致剥离掉块就进行打磨，同时提出维修参数。

2.根据权利要求1所述的一种高速 铁路道岔表面伤损分析方法，其特征在于：所述步骤S4具体包括：

S41、尖轨-基本轨、心轨-翼轨在荷载作用下，分别计算表面材料的磨耗，将初始廓形的各点减去对应的磨耗量得到磨耗后的廓形；

S42、根据步骤S41更新后的所述尖轨-基本轨和所述心轨-翼轨在荷载作用下，分别计算表面材料的疲劳，得到各自材料的疲劳损伤分布和疲劳累积；

S43、尖轨-基本轨、心轨-翼轨廓形因磨耗变化到设定的磨耗阈值时，替换上一组廓形。

3.根据权利要求2所述的一种高速铁路道岔表面伤损分析方法，其特征在于：所述步骤S41具体包括：

S411、通过Archard磨耗模型计算钢轨的磨耗量，公式如下：

其中V_w为磨耗的体积，k_w为Archard磨耗系数，F_N为轮轨接触法向力，s为轮轨接触斑界面相对滑动距离，H为材料硬度；

S412、计算断面叠加的磨耗量：建立接触斑的位置坐标(x，y)，车轮通过钢轨上断面时，引起钢轨表面接触斑内点的磨耗量计算公式如下：

其中，d_y为轮轨接触斑滑动区按方格划分，横向编号为y的滑动区方格所引起的总磨耗量；d_w(x,y)为方格(x，y)处的磨耗量；m为接触斑横向单元格总数量；n为接触斑纵向单元格总数量；

进一步将一节车辆4个车轮通过该断面引起的磨耗量进行叠加，得到基本轨断面磨耗量和尖轨的断面磨耗量；

S413、根据步骤S412所得磨耗量，当磨耗达到磨耗阈值，进行廓形更新，选取廓形更新的6个基本控制点：A、B、C、D、E、F，其中，A点位于非轨距边侧距基本轨轨顶中心10mm处；B点位于基本轨上与尖轨最高点C平齐；根据现场实测曲尖轨磨耗分布，可将D点定于尖轨上轨距测点以下10mm处；E点和F点分别为基本轨和尖轨磨耗深度最大处；同时在仿真服役过程中，结合现场实测以及磨耗仿真改变其位置；

在A～B和C～D范围内，采用三次样条插值曲线平滑生成基本轨和尖轨磨耗廓形，在求解过程中应使得起点和终点处一阶导数连续以保证磨耗部分与钢轨廓形剩余部分曲线相切，将步骤S411的Archard磨耗模型得到的磨耗量叠加在钢轨廓形上进行平滑处理；

S414、根据高速道岔预防性打磨周期通过总重，若仿真中通过总重未达到打磨周期的通过总重时，疲劳裂纹萌生，则仿真过程中不需要额外考虑打磨作业带来的廓形更替；若仿真中通过总重达到达到打磨周期的通过总重时，裂纹尚未萌生，则将预防性打磨量叠加到道岔钢轨廓形上进行廓形更替。