[发明专利]铁路运输用列车荷载仿真方法

说明书

本发明公开了一种铁路运输用列车荷载仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：选定待分析的有砟轨道模型所包含的分析参量，所述分析参量包括钢轨、轨枕和道床；对所选定的分析参量分别进行受力分析，即分别列出钢轨、轨枕和道床各自所对应的振动微分方程；设定每一分析参量所对应的分析参数值；基于ANSYS软件的前处理模块，创建有砟轨道的垂向动力模型并分析；将列车荷载表示成轴重荷载和正弦函数叠加而成的激振函数，以反映轴重、列车速度、轨道不平顺、悬挂体系因素对列车荷载的影响。本发明具有精度高、功能强、参数容易确定、计算简便等优点，且能够充分地考虑与所研究问题密切相关的影响因素。

技术领域

本发明涉及建模仿真技术，具体的说是涉及一种铁路运输用列车荷载仿真方法。

背景技术

随着客运高速化和货运重载化的发展，铁路运输在交通运输体系中的地位越来越重要。而轨道结构作为铁路运输的基础，在列车荷载的反复作用下，往往会出现扣件失效、轨枕吊空、路基不均匀沉降等不利缺陷。这些缺陷的存在对列车的安全运行十分不利，并极大地加快了轨道结构的疲劳损伤。

具体的由于轨道是铁路、地铁的主要技术设备之一，是行车的基础，它直接承受由车轮传来的荷载，并将其传送给路基或桥隧等建筑物，同时还起着引导机车车辆平稳安全运行的作用。因此随着铁路技术的不断发展，轨道结构也在不断的改进和创新，但总的来说主要有两种基本类型：传统的有砟轨道和最近几年伴随着高速铁路而产生的无砟轨道。有砟轨道具有铺设方便、造价低、建设周期短、容易维修、几何状态易调整等众多优点，是最早运用于铁路运输的轨道结构形式，也是当下世界铁路轨道的主要结构形式。有砟轨道主要由钢轨、扣件、轨枕、道床等其它附属设备组成，具有组合性和散体性。在将近二百年的发展历史中，有砟轨道动力模型历经了形式上由简到烦、功能上由少到多的发展过程，但总的来说可以分为集总参数模型、连续支承梁模型、离散点支承梁模型等；但是现有的仿真建模方法或者存在模型比较复杂，目前应用较少；或存在无法考虑轨道结构的不均性和不平顺，不能用来研究轨道缺陷对轨道振动的影响等弊端。

发明内容

鉴于已有技术存在的缺陷，本发明的目的是要提供一种新型的铁路运输用列车荷载仿真方法。

为了实现上述目的，本发明的技术方案：

铁路运输用列车荷载仿真方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、选定待分析的有砟轨道模型所包含的分析参量，所述分析参量包括钢轨、轨枕和道床；

S2、对所选定的分析参量分别进行受力分析，即分别列出钢轨、轨枕和道床各自所对应的振动微分方程；

S3、设定每一分析参量所对应的分析参数值；

S4、基于ANSYS软件的前处理模块，创建有砟轨道的垂向动力模型并分析；即利用ANSYS软件的前处理模块建立了有砟轨道的垂向动力模型，其中钢轨采用Beam3梁单元进行离散，轨枕和道床采用Mass21质量单元来模拟，而钢轨和轨枕、轨枕和道床、道床和路基以及相邻道床块之间的连接均用Combin14线性弹簧-阻尼单元模拟；且所述Beam3梁单元为可承受轴向拉压和弯曲的二维弹性梁单元，每个节点有x、y方向的线位移和绕z轴的角位移共3个自由度；所述Mass21质量单元为有多至6个自由度的结构质量点单元；所述Combin14线性弹簧-阻尼单元为一维、二维或三维具有轴向拉压或扭转能力的弹簧-阻尼单元；

S5、将列车荷载表示成轴重荷载和正弦函数叠加而成的激振函数，以反映轴重、列车速度、轨道不平顺、悬挂体系因素对列车荷载的影响。

进一步的，步骤S1中的钢轨优选采用连续弹性离散点支承的Euler梁；轨枕和道床均只考虑垂向振动的质点，且钢轨和轨枕、轨枕和道床以及道床和路基之间均用线性弹簧-阻尼单元连接，并在相邻道床块之间引入了剪切弹簧-阻尼单元，以考虑各相邻道床块之间的剪切效应。