軌道車輛-結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)耦合系統(tǒng)的數(shù)值模擬方法及應(yīng)用.pdf

1、伴隨著當(dāng)今鐵路客運(yùn)高速化、重載化需求的日益高漲與逐步實(shí)施,軌道車輛與承載結(jié)構(gòu)的動(dòng)力相互作用問(wèn)題越來(lái)越受到人們的重視。一方面,由于高速運(yùn)行的車輛對(duì)所通過(guò)的結(jié)構(gòu)(隧道、橋梁等)產(chǎn)生動(dòng)力沖擊作用,引起結(jié)構(gòu)的振動(dòng)可能使其構(gòu)件產(chǎn)生疲勞,降低其強(qiáng)度和穩(wěn)定性；另一方面,結(jié)構(gòu)的振動(dòng)又對(duì)運(yùn)行車輛的平穩(wěn)性和安全性產(chǎn)生影響。因此,對(duì)軌道車輛與承載運(yùn)輸?shù)慕Y(jié)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析,掌握其動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性是十分必要的。本文建立了輪軌三維滾動(dòng)接觸模型,基于三維非線性建模及并

2、行計(jì)算技術(shù),研究了軌道車輛-結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)耦合系統(tǒng)的三維動(dòng)態(tài)仿真方法。本文的主要研究?jī)?nèi)容包括:
　　 研究軌道車輛-結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)耦合系統(tǒng)數(shù)值建模方法,包括基于近景攝影測(cè)量原理,對(duì)平板車、灌漿車的關(guān)鍵尺寸進(jìn)行了測(cè)量,并建立了相應(yīng)的幾何模型；通過(guò)車輪踏面與軌道面的垂向接觸對(duì)和輪緣與軌道側(cè)面的側(cè)向接觸對(duì)構(gòu)建力學(xué)模型；基于分段的bucket分類搜索和雙向?qū)ΨQ接觸方式建立了三維輪軌滾動(dòng)接觸的方法,實(shí)現(xiàn)該方法的直線和曲線動(dòng)態(tài)模擬。
　　 研究

3、軌道車輛-結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)耦合系統(tǒng)的高性能數(shù)值計(jì)算方法,在求解結(jié)構(gòu)三維非線性有限元模型的動(dòng)力學(xué)響應(yīng)時(shí),總體的計(jì)算規(guī)模巨大,串行算法和普通的計(jì)算機(jī)無(wú)法勝任此工作。本文采用更新拉格朗日格式中心差分算法,對(duì)非線性有限元方程進(jìn)行求解時(shí),結(jié)合上海超級(jí)計(jì)算中心曙光4000A計(jì)算機(jī)的體系結(jié)構(gòu)和軌道車輛運(yùn)行的特點(diǎn),提出基于輪軌接觸均衡的區(qū)域分解并行算法。通過(guò)對(duì)軌道車輛與橋梁、隧道結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)耦合振動(dòng)響應(yīng)分析,檢驗(yàn)了并行效率。
　　 研究輪軌三維滾動(dòng)接觸建

4、模方法在車-橋動(dòng)態(tài)耦合系統(tǒng)響應(yīng)分析中的應(yīng)用。分別建立了輕軌車輛與大跨度雙層斜拉橋的三維非線性有限元模型,其中輕軌車輛采用二系懸掛的方式連接,模型包含輪對(duì)、轉(zhuǎn)向架和車體；斜拉橋由土體、承臺(tái)、主塔、墩、枕木、鋼軌、斜拉索和鋼板桁梁橋面組成。對(duì)輕軌車輛在單車勻速、雙車交匯下的橋梁動(dòng)態(tài)響應(yīng)及行車安全進(jìn)行了分析。
　　 研究車-橋動(dòng)態(tài)耦合系統(tǒng)的在船橋碰撞下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性,船舶對(duì)斜拉橋的撞擊作用通過(guò)建立船舶的三維非線性有限元模型實(shí)現(xiàn)。將“船

5、橋碰撞”與“車橋耦合”聯(lián)系在一起進(jìn)行研究,建立面向車輛行駛過(guò)程的車-船-橋動(dòng)態(tài)耦合系統(tǒng)模型。分析船舶撞擊荷載對(duì)斜拉橋及輕軌車輛行車安全的影響。
　　 研究上海隧道工程股份有限公司正在施工的“青草沙”隧道軌道管片運(yùn)輸行車安全問(wèn)題,建立了車輛與軌道三維非線性有限元模型。軌道運(yùn)輸車輛由電瓶車、平板車及運(yùn)載的管片組成,車輛之間采用銷連接,車輛與24kg窄軌之間的作用通過(guò)滾動(dòng)接觸的方式實(shí)現(xiàn)組成。分析軌道運(yùn)輸車輛事故多發(fā)的機(jī)理,設(shè)計(jì)了提高行