[发明专利]一种有砟道床-大机捣入深度的优化方法

权利要求书

1.一种有砟道床-大机捣入深度的优化方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：利用数值仿真软件建立包含捣镐、轨枕和道砟单元堆积结构的大机-有砟道床耦合模型；

S2：预设多个初始捣入深度；

S3：将多个初始捣入深度分别输入至大机-有砟道床耦合模型中，模拟与其对应的捣固作业过程，捣固作业过程包括捣入阶段和夹持阶段；

S4：根据模拟捣固作业过程中轨枕所受压力确定捣入深度的下限；根据模拟捣入阶段结束时道砟颗粒的破碎概率确定捣入深度的上限；

根据捣入深度的下限、上限以及模拟捣固作业过程中道砟颗粒竖向位移均值、平均配位数和轨枕底部空隙率确定捣入深度的最佳取值范围。

2.根据权利要求1所述的一种有砟道床-大机捣入深度的优化方法，其特征在于，所述S4具体包括以下步骤：

S41：根据多个初始捣入深度分别对应的模拟捣固作业过程中轨枕所受压力，得到在不同捣入深度下轨枕所受压力时程曲线，并根据压力时程曲线中压力峰值的增量确定捣入深度的下限；

S42：根据多个初始捣入深度分别对应的模拟捣入阶段结束时道砟颗粒的破碎概率，得到道砟颗粒的破碎概率与捣入深度的关系曲线，并根据其确定捣入深度的上限；

S43：根据多个初始捣入深度分别对应的模拟捣固作业过程中道砟颗粒的竖向位移均值、平均配位数和轨枕底部空隙率，得到捣入深度与道砟颗粒竖向位移均值的关系曲线、在不同捣入深度下道砟颗粒的平均配位数时程曲线以及不同捣入深度下轨枕底部空隙率时程曲线，并根据其以及捣入深度的下限、上限确定捣入深度的最佳取值范围。

3.根据权利要求2所述的一种有砟道床-大机捣入深度的优化方法，其特征在于，在步骤S41中轨枕所受压力的计算的步骤为：

S411：分别获取多个轨枕单元在多个道砟颗粒作用下产生接触力的矢量和；

S412：根据每个轨枕单元分别对应的接触力的矢量和计算相对应的压力；

S413：对多个压力进行求和，得到轨枕所受压力。

4.根据权利要求3所述的一种有砟道床-大机捣入深度的优化方法，其特征在于，所述接触力的矢量和、压力的计算公式分别为：

式中，F为轨枕单元接触力矢量和，m为与轨枕单元接触的道砟颗粒数量，k_ni为法向刚度、χ_ni为法向重叠量，c_ni为法向阻尼系数，v_ni为法向相对速度，S为轨枕单元面积。

5.根据权利要求4所述的一种有砟道床-大机捣入深度的优化方法，其特征在于，步骤S42中道砟颗粒的破碎概率计算公式为：

式中，B为道砟破碎概率，x为道砟法向接触力，ρ(x)为道砟法向接触力概率密度函数。

6.根据权利要求3所述的一种有砟道床-大机捣入深度的优化方法，其特征在于，步骤S2中获取的多个初始捣入深度值的取值范围为20～60mm。

7.根据权利要求6所述的一种有砟道床-大机捣入深度的优化方法，其特征在于，步骤S4中捣入深度值的下限和上限分别为20mm和50mm。

8.根据权利要求7所述的一种有砟道床-大机捣入深度的优化方法，其特征在于，步骤S4中捣入深度的最佳取值范围为20～30mm。