軌道車輛-結構動態(tài)耦合系統(tǒng)的數(shù)值模擬方法及應用.pdf

1、伴隨著當今鐵路客運高速化、重載化需求的日益高漲與逐步實施,軌道車輛與承載結構的動力相互作用問題越來越受到人們的重視。一方面,由于高速運行的車輛對所通過的結構(隧道、橋梁等)產生動力沖擊作用,引起結構的振動可能使其構件產生疲勞,降低其強度和穩(wěn)定性；另一方面,結構的振動又對運行車輛的平穩(wěn)性和安全性產生影響。因此,對軌道車輛與承載運輸?shù)慕Y構進行動態(tài)響應分析,掌握其動態(tài)響應特性是十分必要的。本文建立了輪軌三維滾動接觸模型,基于三維非線性建模及并

2、行計算技術,研究了軌道車輛-結構動態(tài)耦合系統(tǒng)的三維動態(tài)仿真方法。本文的主要研究內容包括:
　　 研究軌道車輛-結構動態(tài)耦合系統(tǒng)數(shù)值建模方法,包括基于近景攝影測量原理,對平板車、灌漿車的關鍵尺寸進行了測量,并建立了相應的幾何模型；通過車輪踏面與軌道面的垂向接觸對和輪緣與軌道側面的側向接觸對構建力學模型；基于分段的bucket分類搜索和雙向對稱接觸方式建立了三維輪軌滾動接觸的方法,實現(xiàn)該方法的直線和曲線動態(tài)模擬。
　　 研究

3、軌道車輛-結構動態(tài)耦合系統(tǒng)的高性能數(shù)值計算方法,在求解結構三維非線性有限元模型的動力學響應時,總體的計算規(guī)模巨大,串行算法和普通的計算機無法勝任此工作。本文采用更新拉格朗日格式中心差分算法,對非線性有限元方程進行求解時,結合上海超級計算中心曙光4000A計算機的體系結構和軌道車輛運行的特點,提出基于輪軌接觸均衡的區(qū)域分解并行算法。通過對軌道車輛與橋梁、隧道結構的動態(tài)耦合振動響應分析,檢驗了并行效率。
　　 研究輪軌三維滾動接觸建

4、模方法在車-橋動態(tài)耦合系統(tǒng)響應分析中的應用。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、轉向架和車體；斜拉橋由土體、承臺、主塔、墩、枕木、鋼軌、斜拉索和鋼板桁梁橋面組成。對輕軌車輛在單車勻速、雙車交匯下的橋梁動態(tài)響應及行車安全進行了分析。
　　 研究車-橋動態(tài)耦合系統(tǒng)的在船橋碰撞下的動態(tài)響應特性,船舶對斜拉橋的撞擊作用通過建立船舶的三維非線性有限元模型實現(xiàn)。將“船

5、橋碰撞”與“車橋耦合”聯(lián)系在一起進行研究,建立面向車輛行駛過程的車-船-橋動態(tài)耦合系統(tǒng)模型。分析船舶撞擊荷載對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”隧道軌道管片運輸行車安全問題,建立了車輛與軌道三維非線性有限元模型。軌道運輸車輛由電瓶車、平板車及運載的管片組成,車輛之間采用銷連接,車輛與24kg窄軌之間的作用通過滾動接觸的方式實現(xiàn)組成。分析軌道運輸車輛事故多發(fā)的機理,設計了提高行