鐵路道砟力學性能的離散元分析及試驗驗證.pdf

1、傳統(tǒng)有碴鐵路軌道應用廣泛，為降低有碴鐵路軌道維護成本并提高乘客舒適性，對鐵路道砟材料破碎機理深入研究具有重要意義。本文基于斷裂力學基本理論和離散單元法系統(tǒng)闡述了鐵路道砟力學特性的離散元分析及試驗驗證工作，主要研究工作包括以下幾個方面:
　　1.本文設計并開展了測量鐵路道砟材料特征強度的試驗，選取的試樣為花崗巖碎石。采用試驗機對有效粒徑在[20，75]mm之間的道砟豎向加載至道砟裂紋擴展并貫穿整體。在試驗過程中，使用數據采集系統(tǒng)記錄

2、壓頭加載力和位移的數據并加以分析。發(fā)現有效粒徑相同形狀各異的道砟斷裂強度具有一定的離散性，且具有隨道砟有效粒徑的增大而降低的趨勢。采用威布爾斷裂統(tǒng)計理論，分析及計算得到道砟破碎特征強度和威布爾模量。
　　2.為精確地數值模擬鐵路道砟破碎行為并分析其力學特性，對實際道砟進行了數值構造。通過三維激光掃描系統(tǒng)獲取了實際鐵路道砟的不規(guī)則外形點云信息，并通過三維曲面網格處理軟件將其轉變?yōu)橛扇敲娼M成的網格曲面。在相應的三角網格曲面內按照幾何

3、填充法隨機填充球形顆粒，采用顆粒間平行粘結方式構造具有不規(guī)則真實外觀的高精度鐵路道砟模型。
　　3.本文基于測定鐵路道砟力學宏觀材料特性的試驗，根據試驗獲取的材料宏觀楊氏模量、泊松比等結果，通過分析計算獲得了離散元模擬鐵路道砟破碎的細觀力學參數:顆粒間彈性模量、剛度、粘結強度等。并具體探討了離散元模擬中顆粒間剛度和粘結強度等參數對材料宏觀參數的影響。
　　4.本文采用離散單元方法數值模擬道砟受壓破碎過程，分析應力應變曲線、粘