[发明专利]一种无砟轨道自密实混凝土疲劳损伤计算方法

权利要求书

1.一种无砟轨道自密实混凝土疲劳损伤计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、基于P-M线性损伤准则和自密实混凝土的弯拉S-N曲线，构建耦合了损伤的自密实混凝土疲劳本构关系式；

S2、将所述耦合了损伤的自密实混凝土疲劳本构关系式嵌入荷载-无砟轨道非线性有限元模型中，构建损伤-有限元耦合模型；

S3、利用损伤-有限元耦合模型，分析无砟轨道自密实混凝土层的疲劳损伤演化规律，完成基于损伤-有限元耦合模型的无砟轨道自密实混凝土疲劳损伤的计算；

所述步骤S1中自密实混凝土疲劳本构关系式的表达式如下：

其中，表示疲劳荷载作用下的自密实混凝土应力-应变增量关系，σ_ij表示2阶名义应力张量，ε_kl表示2阶应变张量，D表示自密实混凝土的疲劳损伤自变量，表示4阶弹性张量，表示弹性张量，σ表示名义应力张量，ε表示应变张量，N_fi表示应力水平S_i所对应的疲劳破坏次数，S_i表示自密实混凝土层在服役过程中的应力水平，N_i表示自密实混凝土层应力水平为S_i时所对应的疲劳荷载作用次数，n表示自密实混凝土层在服役期所对应的不同应力水平总次数，A、B均表示自密实混凝土S-N曲线的拟合参数，i表示自密实混凝土层在服役期的疲劳应力水平作用次数。

2.根据权利要求1所述的无砟轨道自密实混凝土疲劳损伤计算方法，其特征在于，所述荷载-无砟轨道非线性有限元模型包括钢轨、扣件、轨道板、自密实混凝土层以及底座板；

所述钢轨与轨道板通过扣件连接，所述轨道板与自密实混凝土层间采用绑定约束模拟层间接触关系，所述自密实混凝土层与底座板间采用硬接触模拟其法向接触关系，所述自密实混凝土层与底座板间的切向采用罚函数，所述自密实混凝土层与底座板摩擦系数设置为0.7。

3.根据权利要求1所述的无砟轨道自密实混凝土疲劳损伤计算方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下步骤：

S301、在荷载-无砟轨道非线性有限元模型中，在其单元的积分点上调用自密实混凝土疲劳损伤本构关系式，每三个分析步实现一百万次列车荷载加卸载，并根据自密实混凝土层在服役过程中的总疲劳作用次数N，自动化自成分析步总个数；

S302、进行列车一百万次荷载循环加载，计算列车当前荷载循环次数下的疲劳损伤增量；

S303、根据所述疲劳损伤增量，更新疲劳损伤值，并引入损伤阈值；

S304、判断自密实混凝土的积分点是否超过阈值，若是，则令疲劳损伤值为损伤阈值，并进入步骤S305，否则，疲劳损伤值不变，并进入步骤S305；

S305、利用疲劳损伤值更新Jacobian矩阵和自密实混凝土的应力应变，得到自密实混凝土层在n次循环加载下的疲劳损伤演变规律，完成基于损伤-有限元耦合模型的无砟轨道自密实混凝土疲劳损伤的计算。

4.根据权利要求3所述的无砟轨道自密实混凝土疲劳损伤计算方法，其特征在于，所述步骤S303中更新疲劳损伤值的表达式如下：

D_n＝D_n-1+ΔD_n

其中，D_n表示更新的疲劳损伤值，ΔD_n表示疲劳损伤增量，D_n-1表示上一轮循环的疲劳损伤值。

5.根据权利要求3所述的无砟轨道自密实混凝土疲劳损伤计算方法，其特征在于，所述步骤S304中Jacobian矩阵的表达式如下：

其中，表示疲劳荷载作用下的自密实混凝土应力-应变增量关系，σ_ij表示2阶名义应力张量，ε_kl表示2阶应变张量，D表示自密实混凝土的疲劳损伤自变量，表示4阶弹性张量。