[发明专利]一种通过建立耦合模型确定路基沉降限值的分析方法

权利要求书

1.一种通过建立耦合模型确定路基沉降限值的分析方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：基于工程设计信息简化工程结构，确定工程模型参数；

S2：基于确定的工程模型参数，借助计算机工具建立高速铁路系统耦合有限元模型；

S3：基于高速铁路系统耦合有限元模型，计算不同行车速度时的耦合系统的力学性能数据；

S4：基于计算得到的耦合系统力学性能数据，并根据对应规范中的力学性能要求，确定路基不均匀沉降限值。

2.根据权利要求1所述的一种通过建立耦合模型确定路基沉降限值的分析方法，其特征在于，S1中，根据《高速铁路设计规范》、高速铁路工程设计方案以及地基勘察报告，对高速铁路系统耦合有限元模型中的各个系统进行简化，并提取各个系统组成部件的几何尺寸和性能参数。

3.根据权利要求2所述的一种通过建立耦合模型确定路基沉降限值的分析方法，其特征在于，S2中，建立的高速铁路系统耦合有限元模型包括以下相互耦合的3个系统：

高速列车系统，其中每一节列车均模拟为由一个车体、两个转向架、四个轮对构成并以预设速度运行的多刚体系统；

无砟轨道系统，包括钢轨、高弹性扣件、轨枕、混凝土道床板以及水硬性混凝土支承层；

沉降路基系统，包括基床表层、基床底层、路基本体和土地基。

4.根据权利要求3所述的一种通过建立耦合模型确定路基沉降限值的分析方法，其特征在于，S2中，高速列车系统中的模型建立过程中，基于车辆动力学分析模型各个刚体的振动特性，在车辆动力学分析模型中设定车体的侧滚、点头和摇头运动、转向架的侧滚、点头和摇头运动运动、四个轮对的点头运动，共13个自由度。

5.根据权利要求4所述的一种通过建立耦合模型确定路基沉降限值的分析方法，其特征在于，S2中，高速列车系统的模型建立过程中，首先建立车体、转向架与轮对部件，并赋予其解析刚体属性，然后设置各个部件的位移参考点，通过ABAQUS内置的MPC特征线条连接车体内部参考点形成统一整体，并借助CARTESIAN特征线条连接车体与转向架以及转向架与轮对，最后通过对MPC线条与CARTESIAN线条赋予刚度与阻尼特性，进而模拟一系悬挂与二系悬挂对车辆各个部件的连接。

6.根据权利要求3所述的一种通过建立耦合模型确定路基沉降限值的分析方法，其特征在于，S2中，所述的高速列车系统与无砟轨道系统由Hertz非线性接触模型表征耦合关系，具体过程为：

在ABAQUS的Interaction模块中以“Tabular”的方式设定不同的加载压力所允许的“过盈量”表征法向接触，切向接触借助蠕滑理论并设定罚函数摩擦系数进行模拟；

所述无砟轨道系统中用ABAQUS的CARTESIAN特征线条来模拟扣件，用于连接钢轨与轨枕，通过定义弹性刚度和阻尼系数模拟扣件的减振作用；

用来模拟扣件的CARTESIAN线条的间距按实际间距等间距布置，并对扣件连接线端部的转动自由度进行了约束；

轨枕通过ABAQUS的Tie连接与下方的混凝土道床板连接，在进行Tie连接的设置时，混凝土道床板上表面为Master surface，轨枕下表面为Slave surface；选取ABAQUS中的“硬接触”设置，使得只有在外部力的作用下使两者发生紧密接触时才可以传递法向力，并且限制在ABAQUS中可能出现的穿透现象。

7.根据权利要求3所述的一种通过建立耦合模型确定路基沉降限值的分析方法，其特征在于，S2中，所述沉降路基系统的模型建立过程中，首先在AutoCAD中建立未发生不均匀沉降的路基模型，然后将含有不均匀沉降路径的坐标导入到AutoCAD中，将不均匀沉降路径形成相关面域，并以此对原有路基进行切割，进而得到含有不均匀沉降的路基模型，利用AutoCAD软件将路基模型导出为.sat文件，最后利用ABAQUS导入.sat文件，与ABAQUS中的高速列车系统、无砟轨道系统耦合，得到从而建立高速铁路列车-无砟轨道-沉降路基耦合模型。