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(shè)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(shù)據(jù)采集系統(tǒng)記錄

2、壓頭加載力和位移的數(shù)據(jù)并加以分析。發(fā)現(xiàn)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(shù)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(shù)值構(gòu)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(wǎng)格處理軟件將其轉(zhuǎn)變?yōu)橛扇敲娼M成的網(wǎng)格曲面。在相應的三角網(wǎng)格曲面內(nèi)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(jié)方式構(gòu)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(jù)試驗獲取的材料宏觀楊氏模量、泊松比等結(jié)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(shù):顆粒間彈性模量、剛度、粘結(jié)強度等。并具體探討了離散元模擬中顆粒間剛度和粘結(jié)強度等參數(shù)對材料宏觀參數(shù)的影響。
　　4.本文采用離散單元方法數(shù)值模擬道砟受壓破碎過程，分析應力應變曲線、粘