一种列车‑轨道‑结构耦合系统高效动力分析方法技术方案

本发明专利技术一种列车‑轨道‑结构耦合系统高效动力分析方法，其特征在于：包括车辆结构模型模块、轨道结构模型模块、下部结构模型模块、车轮和轨道钢轨之间的轮轨动力接触模型模块、轨道不平顺模块、轨道和下部结构间的动力相互作用模型模块；其中，车辆结构模型模块与轨道结构模型模块通过轮轨接触关系耦合为整体时变的车辆‑轨道子系统，下部结构为下部结构子系统；车辆‑轨道子系统与下部结构子系统间通过轨道与下部结构间的相互作用力平衡条件实现耦合；每一时间步内，车辆‑轨道子系统与下部结构子系统之间的通过平衡迭代求解，实现相互作用力的平衡收敛计算。能有效地提高列车‑轨道‑结构耦合系统动力分析的效率。

A high power train track structure coupling system analysis method

The analysis method of the invention is a high efficiency power train track structure coupling system, which comprises a wheel rail dynamic between the vehicle structure model, track structure model, the structure model, wheel and rail contact model module, power module, rail track irregularity and the lower part of the structure of the interaction model the rail vehicle; road system of vehicle structure model module and track structure model for time-varying coupling contact between the whole through the wheel rail, the lower part of the structure of the structure system; vehicle track system and the lower part of the structure of Michiko subsystems through the interaction and equilibrium conditions between the lower part of the structure to achieve orbit coupling; every time step, between the vehicle rail system and the lower part of the structure of Michiko subsystem by balancing the iteration to achieve mutual The calculation of the equilibrium convergence of the force. Can effectively improve the efficiency of dynamic coupling structure system analysis of train track.

【技术实现步骤摘要】
一种列车-轨道-结构耦合系统高效动力分析方法
本专利技术涉及铁道工程应用与设计
，具体涉及一种基于车辆-轨道-结构空间耦合模型的车辆-轨道-结构耦合系统的高效动力分析方法。
技术介绍
既有线路的列车提速、新建客运专线以及高速铁路由于车速较高，为满足行车安全性和乘坐舒适性的要求，相关设计规范中对轨道平顺性以及轨下结构的刚度要求较高；同时从环保、节约土地、场地土条件、地形等方面考虑，中国、法国、德国以及日本等高速轨道交通发达的国家往往在客运专线和高速铁路线路中大量采用高架桥作为轨道的下部结构。以我国近年投入使用的京深港客运专线、郑西客运专线以及京沪客运专线为例，桥梁在整个线路里程中平均所占比例为73％，部分路段最高达到87％以上。而且随着材料及技术的革新，大跨度桥梁开始被广泛应用，如沪通铁路长江大桥、青马大桥，提高车辆-轨道-结构耦合系统动力分析的效率和精度对于全面和深入分析结构动力响应和行车安全性至关重要目前车辆-轨道-结构耦合振动分析方法可以分为两类：分离迭代法和时变系统分析方法。其中分离迭代法将车辆和轨道-结构作为两个独立的子系统，分别求解车辆和桥梁动力方程，但是两个子系统需本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种列车‑轨道‑结构耦合系统高效动力分析方法，其特征在于：包括车辆结构模型模块、轨道结构模型模块、下部结构模型模块、车轮和轨道钢轨之间的轮轨动力接触模型模块、轨道不平顺模块、轨道和下部结构间的动力相互作用模型模块；其中，车辆结构模型模块与轨道结构模型模块通过轮轨接触关系耦合为整体时变的车辆‑轨道子系统，下部结构为下部结构子系统；车辆‑轨道子系统与下部结构子系统间通过轨道与下部结构间的相互作用力平衡条件实现耦合；每一时间步内，车辆‑轨道子系统与下部结构子系统之间的通过平衡迭代求解，实现相互作用力的平衡收敛计算。

【技术特征摘要】
1.一种列车-轨道-结构耦合系统高效动力分析方法，其特征在于：包括车辆结构模型模块、轨道结构模型模块、下部结构模型模块、车轮和轨道钢轨之间的轮轨动力接触模型模块、轨道不平顺模块、轨道和下部结构间的动力相互作用模型模块；其中，车辆结构模型模块与轨道结构模型模块通过轮轨接触关系耦合为整体时变的车辆-轨道子系统，下部结构为下部结构子系统；车辆-轨道子系统与下部结构子系统间通过轨道与下部结构间的相互作用力平衡条件实现耦合；每一时间步内，车辆-轨道子系统与下部结构子系统之间的通过平衡迭代求解，实现相互作用力的平衡收敛计算。2.根据权利要求1所述的车辆-轨道-结构耦合系统高效动力分析方法，其特征在于：构建车辆-轨道子系统整体时变动力学方程；在每一时间步，根据车辆位置更新车辆-轨道子系统的系数矩阵，系数矩阵包括质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵中的至少一种；车辆-轨道子系统的动力方程通过逐步积分方法进行求解，求解方法采用Euler-Gauss法、Newmark-β法、Wilson-θ法、中心差分法中的至少一种。3.根据权利要求2所述的车辆-轨道-下部结构耦合系统高效动力分析方法，其特征在于：在整个数值计算分析过程中，下部结构子系统动力方程的质量矩阵、刚度矩阵和阻尼矩阵与结构本身的材料特性、几何状态有关，与上部列车及列车行车位置无关；下部结构子系统动力方程通过逐步积分方法进行求解，求解方法采用Euler-Gauss法、Newmark-β法、Wilson-θ法、中心差分法中的至少一个。4.根据权利要求1至3中任一项所述的车辆-轨道-结构耦合系统，其特征在于：车辆结构模型模块建模中，车辆采用刚体动力学建立多刚体动力学模型，或者采用有限元方法建立柔性车体动力学模型；多刚体动力学模型将车体、转向架和轮对看成刚体，由振动车体和前后转向架的沉浮、点头运动特征以及每一...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱志辉，龚威，王力东，杨乐，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43