軌道車輛與隧道耦合振動數(shù)值模擬方法及應用.pdf

1、中國城市軌道交通的發(fā)展進入了快速發(fā)展期，大量的軌道車輛穿越地下隧道，使得軌道車輛與隧道的動力相互作用問題越來越受到人們的重視。一方面，高速運行的車輛對其通過的隧道結構產(chǎn)生動力沖擊作用，可能使隧道襯砌等結構產(chǎn)生疲勞，降低其強度和穩(wěn)定性；另一方面，車－隧耦合產(chǎn)生的振動又對軌道車輛的平穩(wěn)性和安全性產(chǎn)生影響。因此，對軌道車輛與隧道進行動態(tài)響應分析，掌握其動態(tài)響應特性是十分必要的。本文基于三維非線性建模及并行計算技術，對軌道車輛與隧道動態(tài)耦合振動

2、進行數(shù)值模擬研究。本文的主要研究內(nèi)容包括：
　　研究車－隧動態(tài)耦合振動數(shù)值模擬的基本理論?？紤]到大型隧道結構的幾何非線性和車－隧之間的動力相互作用關系，從數(shù)值分析的理論角度出發(fā)，研究了幾何非線性分析的計算方法以及動態(tài)接觸的計算理論，為車－隧耦合振動動態(tài)響應的求解提供理論依據(jù)。在對幾何非線性有限元方程求解時，采用顯式中心差分算法；采用基于段的接觸搜索方式，以及對稱罰函數(shù)方法處理各種接觸關系；結合上海超級計算中心曙光5000A計算機的

3、體系結構和軌道車輛運行的特點，采用區(qū)域分解方法，運用并行計算理論進行分區(qū)計算。
　　研究大型隧道結構與軌道車輛耦合的全三維非線性精細有限元模型的建模方法?；跀M實建模技術，充分考慮隧道的實際結構特征，建立了包含襯砌、聯(lián)絡通道、變形縫、隧道內(nèi)部車道板、牛腿，和軌道整體道床等隧道結構。土體采用彈塑性 D-P材料模擬，根據(jù)真實的地質(zhì)資料進行了分層，并且考慮了外水壓的影響。車輛模型包含輪對、轉(zhuǎn)向架、二級懸架結構和車體。輪－軌、軌道－隧道、

4、隧道－土體等之間的相互作用通過基于罰函數(shù)的耦合方式加以實現(xiàn)。
　　研究初始工況，即在重力和水頭壓力共同作用下的主體隧道以及聯(lián)絡通道的變形和應力分析。模擬了隧道在非運營狀態(tài)下的初始形態(tài)，并分析其影響因素，包括埋深、水壓、軸線走向以及聯(lián)絡通道的存在等。另外初始工況的研究也為其他工況提供了初始條件。
　　研究無初始應力的耦合振動，分析在軌道車輛行駛過程中，由軌道移動載荷、軌道不平度以及公路車流載荷導致的隧道結構與軌道車輛耦合振動的