高速鐵路車-軌-橋耦合系統(tǒng)是大型系統(tǒng)。通常情況下,精細(xì)化車橋模型自由度維數(shù)很大。輪軌的高頻接觸一般要求較小的計(jì)算時(shí)間步長(zhǎng)。求解時(shí)有限元模型可能占用很多內(nèi)存且計(jì)算比較耗時(shí)。發(fā)展一種能夠保證較高計(jì)算精度且大幅度減少計(jì)算耗時(shí)的方法是非常必要的�；谳嗆壺Q向非線性接觸關(guān)系,提出一種新型通用的二維輪軌耦合單元模型,并在有限元OpenSees軟件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)。所提單元由輪節(jié)點(diǎn)和所有可能與之接觸的梁?jiǎn)卧?jié)點(diǎn)組成,通過建立和求解關(guān)于輪軌作用力的一元三次方程,得到輪軌之間的接觸力,計(jì)算由于輪軌相互作用產(chǎn)生的耦合單元各節(jié)點(diǎn)力,定義為單元內(nèi)力。將新型二維輪軌耦合單元模型與常見的列車、軌道和橋梁等模型聯(lián)合使用,利用OpenSees豐富的材料庫(kù)和單元庫(kù),建立簡(jiǎn)化的豎向車-軌-橋耦合系統(tǒng)模型,該模型求解時(shí)一般采用Newton-Raphson（NR）方法。與已有文獻(xiàn)計(jì)算結(jié)果對(duì)比,驗(yàn)證了該單元模型的可靠性。該單元能夠模擬輪軌間非線性接觸,可考慮車輛跳軌、軌道不平順激勵(lì)和地震作用影響�；跀�(shù)值子結(jié)構(gòu)方法（NSM）,提出—種適用于豎向車-軌-橋耦合系統(tǒng)的高效計(jì)算方法。通過不同尺度單元網(wǎng)格劃分模型,將車-軌-橋耦合系統(tǒng)模型分... 

【文章來源】：廈門大學(xué)福建省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁(yè)數(shù)】：113 頁(yè)

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１二維輪軌耦合單元模型及其所在位置示意圖??

％表示車輪節(jié)點(diǎn)豎向位移，Ｒ表示車輪節(jié)點(diǎn)豎向內(nèi)力，％￣％表示所有可能與車輪接觸的梁??單元節(jié)點(diǎn)位移，足？＆表示所有可能與車輪接觸的梁?jiǎn)卧?jié)點(diǎn)內(nèi)力。??如圖２．１?（ｂ）所示，在某一時(shí)刻？，車輪行進(jìn)至單元尺處時(shí)，二維輪軌耦合單元節(jié)??點(diǎn)內(nèi)力和對(duì)應(yīng)剛度取值均為０，?節(jié)點(diǎn)內(nèi)力和對(duì)應(yīng)剛度取值不為０。因此，為方便推導(dǎo)計(jì)算，??我們將輪軌非接觸處的局部節(jié)點(diǎn)ａ，ｐ，ｇ定義為未激活節(jié)點(diǎn)，輪軌接觸處單元欠的局部節(jié)點(diǎn)??定義為激活節(jié)點(diǎn)。因此，激活的局部輪軌耦合單元自由度和節(jié)點(diǎn)內(nèi)力定義為：??ｕ?＝?［ｗ，?ｕ２?ｗ３?ｗ４?ｕ５?ｆ?（２．３）??Ｒ?＝?［／？，?Ｒ２?Ｒ３?Ｒ４?Ｒ５ｆ?（２．４）??如圖２．２所示，ｗ２?￣?ｗ５和孕？＆表示局部輪軌耦合單元激活節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位移和內(nèi)力。??ｉ?Ｉｔ！??＜

（Ｚ－ｘ）２（１?＋?２ｊｃ／＾）Ａ２??其中，ＮＴ＝?，如圖２．２所示，ｊｃ表示輪節(jié)點(diǎn)Ｗ與激活的輪下軌道梁左??ｘ２（ｌ?＋?２（Ｚ－＾）／ｌ）／Ｚ２??－（Ｌ－ｘ）ｘｉｌＬ２??節(jié)點(diǎn)／之間的水平距離，可通過；ｉＴ（〇求得，Ｉ表示輪下梁?jiǎn)卧L(zhǎng)度。??本文應(yīng)用赫茲非線性彈性接觸理論，如圖２．１?（ｂ），將車輪和軌道的接觸方式近似為赫茲??非線性彈簧連接。當(dāng)赫茲彈簧剛度取值偏大時(shí)，輪軌間相對(duì)位移非常微小，即可將輪軌之間??的連接近似為剛性桿連接，模擬密貼接觸的情況；當(dāng)赫茲彈簧取值正常時(shí)，輪軌之間的連接??視為正常的彈性接觸狀態(tài)，因此可同時(shí)考慮輪軌間嵌入和分離情況。豎向輪軌之間的作用力??與嵌入量之間的關(guān)系［３］為??丫?１?１３／２??Ｆｈ＝＼ｇ５＼，Ｓ＞〇?（２．６）??０?，Ｓ＜０??其中

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]列車脫軌機(jī)理與脫軌分析理論研究[D]. 向俊.中南大學(xué) 2006

碩士論文
[1]基于并行算法和有限元法的車—線—橋耦合振動(dòng)分析[D]. 朱玉龍.中南大學(xué) 2013
[2]基于有限元軟件的分布式子結(jié)構(gòu)試驗(yàn)方法[D]. 楊格.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2012
[3]輪軌相互作用力頻譜成分研究[D]. 湯慶超.北京交通大學(xué) 2011



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