[发明专利]一种湿化有砟道床数值模拟方法在审

专利信息
申请号: 202110697459.1 申请日: 2021-06-23
公开(公告)号: CN113392531A 公开(公告)日: 2021-09-14
发明(设计)人: 高亮;石顺伟;王向宁;蔡小培;肖宏;侯博文;韩易昂;徐萌;肖一雄 申请(专利权)人: 北京交通大学
主分类号: G06F30/20 分类号: G06F30/20;G06T17/00;G06F111/10
代理公司: 北京市诚辉律师事务所 11430 代理人: 朱伟军;耿慧敏
地址: 100044 北*** 国省代码: 北京;11
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摘要:
搜索关键词: 一种 湿化有砟 道床 数值 模拟 方法
【权利要求书】:

1.一种湿化有砟道床数值模拟方法,其特征在于,包括以下步骤:

S1:利用离散单元法对有砟道床部件进行建模,其中,所述有砟道床部件包括轨枕以及多个不同形状的道砟颗粒;

S2:利用室外参数标定试验以及基于JKR接触本构的参数标定仿真试验,对湿化状态下道砟颗粒的关键参数进行标定;其中,所述关键参数包括静摩擦系数、滚动摩擦系数和表面能;

S3:基于建模后的有砟道床部件、已标定的关键参数以及JKR接触本构,构建湿化有砟道床模型,并开展道砟颗粒间湿化粘结数值实验。

2.根据权利要求1所述的一种湿化有砟道床数值模拟方法,其特征在于,步骤S1具体包括:

S101:分别获取多个不同形状的道砟颗粒的三维外形;其中,多个所述道砟颗粒的三维外形均是利用激光扫描道砟颗粒的各个面的外形特征并将其进行整合所得到的;

通过内部球体填充的方式分别对多个道砟颗粒的三维外形进行填充,得到多个不同形状的道砟颗粒离散元模型;

S102:利用刚性几何体结构对轨枕进行建模,得到轨枕离散元模型。

3.根据权利要求2所述的一种湿化有砟道床数值模拟方法,其特征在于,步骤S101中,道砟颗粒离散元模型的剪切模量、泊松比和密度分别为15~30GPA、0.15~0.2、2400~2750kg/m3;步骤S102中,轨枕离散元模型的剪切模量、泊松比和密度分别为12~18Gpa、0.2~0.3、2100~2400kg/m3

4.根据权利要求1所述的一种湿化有砟道床数值模拟方法,其特征在于,所述JKR接触本构的表达式为:

式中,γ为湿颗粒的表面能,α为接触面半径,δ为法向重叠量;E*为等效弹性模量,R*为等效接触半径。

5.根据权利要求4所述的一种湿化有砟道床数值模拟方法,其特征在于,步骤S2具体为:

利用室外道砟圆筒堆积试验以及基于JKR接触本构的仿真道砟圆筒堆积模拟试验;并利用休止角对湿化状态下道砟颗粒的关键参数进行标定;其中,所述关键参数包括静摩擦系数、滚动摩擦系数和表面能。

6.根据权利要求5所述的一种湿化有砟道床数值模拟方法,其特征在于,步骤S2具体包括:

S201:筛选道砟颗粒并将其放入水中浸泡10-15小时,利用其进行室外道砟圆筒堆积试验,得到湿化道砟颗粒堆积体的第一休止角;重复多次所述室外道砟圆筒堆积试验,并计算多个第一休止角的平均值;

S202:利用步骤S201得到的平均值,并根据不同关键参数分别建立对应的基于JKR接触本构的道砟圆筒堆积仿真模型;利用其进行仿真试验,得到与关键参数对应的湿化道砟颗粒堆积体的第二休止角;

S203:根据不同关键参数分别对应的第二休止角并利用响应面法计算分析得到最优值,并将最优值作为标定的关键参数,所述关键参数包括静摩擦系数、滚动摩擦系数和表面能。

7.根据权利要求6所述的一种湿化有砟道床数值模拟方法,其特征在于,所述静摩擦系数、滚动摩擦系数和表面能所对应的最优值分别为0.51、0.12和31.1J/m2

8.根据权利要求7所述的一种湿化有砟道床数值模拟方法,其特征在于,室外道砟圆筒堆积试验以及基于JKR接触本构的仿真道砟圆筒堆积模拟试验中圆筒的直径大于道砟颗粒中最大粒径的4-5倍,圆筒高度为圆筒直径的3-4倍。

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