基于变步长搜索及Pascal求解法的轮轨接触力计算方法技术

本发明专利技术公开了一种基于变步长搜索及Pascal求解法的轮轨接触力计算方法，包括以下步骤：获取钢轨的离散点尺寸信息；获取高铁轮对的离散点尺寸信息；根据钢轨的离散点尺寸信息、高铁轮对的离散点尺寸信息拟合轮对及轨道的轮廓信息；基于轮廓信息建立轮对与钢轨的坐标变换关系；基于轮廓信息和坐标变换关系，利用变步长搜索法求解轮轨接触点；继续求解法向接触力；根据轮轨接触点和法向接触力构建Pascal搜索矩阵求Kaller线性蠕滑力。本发明专利技术能够针对交通运输领域高速列车轮轨技术的列车轨道接触数字孪生模型中列车在轨道上高速运行的接触点及接触力高精度仿真模拟，解决数字孪生模型的准确性难题。孪生模型的准确性难题。孪生模型的准确性难题。

【技术实现步骤摘要】
基于变步长搜索及Pascal求解法的轮轨接触力计算方法


[0001]本专利技术属于交通运输业高速列车轮轨
，具体涉及一种基于变步长搜索及Pascal求解法的轮轨接触力计算方法。

技术介绍

[0002]铁路运输属于轮轨接触式运输，轮轨关系是这种运输模式的关键所在，其包含了车辆系统和轨道系统这两个相互关联的子系统。二者之间的相互作用直接制约着铁路运输的安全、舒适和效率。随着需求的日益高涨和铁路客运高速化和货运重载化的逐步实施，轮轨间势必出现更加剧烈的动荷载作用和动态效应。
[0003]机车车辆沿轨道运行时，轮轨起着关键性的作用。轮对在沿着钢轨滚动的接触过程中承受着较大的载荷，而且还起到列车的牵引、制动和导向等重要作用。它们之间的作用行为直接影响着列车的运动稳定性和安全。轮轨滚动接触是十分复杂的问题，为了确保高速、重载、运输安全，进一步提高运输质量，必须深入细致的研究轮对与轨道的相互作用，而轮轨几何关系的确立则是必须要首先解决的复杂课题。
[0004]以往轮对与轨道接触点的切面投影法在搜索接触点时效率较低，求解Kaller线性蠕滑理论系数时的查询速度较慢。很有必要提出一套解决方案，用以提高切面投影法中求解轮轨接触点的搜索效率，加速查询Kaller线性蠕滑理论系数的速度。

技术实现思路

[0005]本专利技术为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种基于变步长搜索及Pascal求解法的轮轨接触力计算方法。
[0006]本专利技术的技术方案是：一种基于变步长搜索及Pascal求解法的轮轨接触力计算方法，包括以下步骤：A.获取钢轨的离散点尺寸信息；B.获取高铁轮对的离散点尺寸信息；C.根据钢轨的离散点尺寸信息、高铁轮对的离散点尺寸信息拟合轮对及轨道的轮廓信息；D.基于轮廓信息建立轮对与钢轨的坐标变换关系；E.基于轮廓信息和坐标变换关系，利用变步长搜索法求解轮轨接触点；F.继续求解法向接触力；G.根据轮轨接触点和法向接触力构建Pascal搜索矩阵求Kaller线性蠕滑力。
[0007]更进一步的，步骤A获取钢轨的离散点尺寸信息中，离散点尺寸信息应反映钢轨的物理实体模型，离散点数量需要反馈钢轨型面的轮廓特征值。
[0008]更进一步的，步骤A获取钢轨的离散点尺寸信息中，离散点尺寸信息取自新钢轨的标准尺寸或经过磨耗后的服役状态钢轨尺寸。
[0009]更进一步的，步骤B获取高铁轮对的离散点尺寸信息中，高铁轮对的离散点尺寸信
息反应高铁车辆轮对的主轮廓线。
[0010]更进一步的，步骤C根据钢轨的离散点尺寸信息、高铁轮对的离散点尺寸信息拟合轮对及轨道的轮廓信息，具体过程如下：首先，建立钢轨与轮对的坐标体系；然后，采用三转角法样条函数对钢轨主轮廓线上的离散取样点进行拟合；然后，采用三转角法样条函数对轮对主轮廓线上的离散取样点进行拟合。
[0011]更进一步的，步骤D基于轮廓信息建立轮对与钢轨的坐标变换关系，具体过程如下：首先，针对于轮对与钢轨之间的平移运动，建立平移运动的坐标转换关系；然后，针对于轮对与钢轨之间的侧滚运动，建立侧滚运动的坐标转换关系；最后，针对于轮对与钢轨之间的摇头运动，建立摇头转动的坐标转换关系。
[0012]更进一步的，步骤E基于轮廓信息和坐标变换关系，利用变步长搜索法求解轮轨接触点，具体过程如下：首先，通过变步长法计算轮对与轨道之间的接触点；然后，基于轮廓信息和坐标变换关系，通过几何计算得到轮轨接触点处的几何参数，几何参数包括实际滚动圆半径、踏面曲率半径、轨头曲率半径参数。
[0013]更进一步的，步骤F继续求解法向接触力，在步骤（E）的基础上采用Hertz理论，求解接触点处的法向接触力。
[0014]更进一步的，步骤G根据轮轨接触点和法向接触力构建Pascal搜索矩阵求Kaller线性蠕滑力，具体过程如下：首先，建立Pascal搜索矩阵；然后，采用Pascal搜索矩阵插值求解Kaller线性蠕滑理论系数；然后，计算出Kaller线性蠕滑力。
[0015]本专利技术的有益效果如下：本专利技术针对列车轨道接触数字孪生模型中高精度仿真模拟列车在轨道上高速运行的接触点及接触力求解仿真问题，通过三转角法样条函数法实现了任意形状钢轨和轮对的外轮廓数值模拟；通过提出的变步长搜索法，实现了轮对接触点快速搜索；通过构建基于形函数Pascal三角形思想的二维插值新算法，实现了Kaller线性蠕滑理论系数的快速准确插值求解，进而建立了轮对与轨道接触点及接触力的快速准确仿真计算技术。
[0016]本专利技术能够针对交通运输领域高速列车轮轨技术的列车轨道接触数字孪生模型中列车在轨道上高速运行的接触点及接触力高精度仿真模拟，解决数字孪生模型的准确性难题。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的方法流程示意图；图2为本专利技术中50kg钢轨外轮廓示意图；图3为本专利技术中50kg钢轨数值拟合示意图；图4为本专利技术中TB锥形车轮踏面轮廓示意图；图5为本专利技术中TB锥形车轮踏面数值拟合示意图；
图6为本专利技术中轮对坐标系的示意图；图7为本专利技术中轨道坐标系示意图；图8为本专利技术中轮对与钢轨接触的示意图；图9为本专利技术中确定轮轨接触点的示意图；图10为本专利技术中桥上行车主视示意图；图11为本专利技术中桥上行车侧视示意图；图12为本专利技术中桥上行车俯视示意图；图13为本专利技术中60+128+60系杆连续梁结构示意图；图14为本专利技术中车
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桥耦合数字孪生仿真系统60+128+60系杆连续梁模型图；图15为本专利技术中车
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桥耦合数字孪生仿真系统60+128+60系杆连续梁拱跨跨中梁节点竖向加速度时程曲线响应图。
具体实施方式
[0018]以下，参照附图和实施例对本专利技术进行详细说明：如图1至图15所示，一种基于变步长搜索及Pascal求解法的轮轨接触力计算方法，包括以下步骤：A.获取钢轨的离散点尺寸信息；B.获取高铁轮对的离散点尺寸信息；C.根据钢轨的离散点尺寸信息、高铁轮对的离散点尺寸信息拟合轮对及轨道的轮廓信息；D.基于轮廓信息建立轮对与钢轨的坐标变换关系；E.基于轮廓信息和坐标变换关系，利用变步长搜索法求解轮轨接触点；F.继续求解法向接触力；G.根据轮轨接触点和法向接触力构建Pascal搜索矩阵求Kaller线性蠕滑力。
[0019]步骤A获取钢轨的离散点尺寸信息中，离散点尺寸信息应反映钢轨的物理实体模型，离散点数量需要反馈钢轨型面的轮廓特征值。
[0020]步骤A获取钢轨的离散点尺寸信息中，离散点尺寸信息取自新钢轨的标准尺寸或经过磨耗后的服役状态钢轨尺寸。
[0021]步骤B获取高铁轮对的离散点尺寸信息中，高铁轮对的离散点尺寸信息反应高铁车辆轮对的主轮廓线。
[0022]步骤C根据钢轨的离散点尺寸信息、高铁轮对的离散点尺寸信息拟合轮对及轨道的轮廓信息，具体过程如下：首先，建立钢轨与轮对的坐标体系；然后，采用三转角法样条函数对钢轨主轮廓线上的离散取样点进行拟合；然后，采用三转角法样条函数对轮对主轮廓本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于变步长搜索及Pascal求解法的轮轨接触力计算方法，其特征在于：包括以下步骤：（A）获取钢轨的离散点尺寸信息；（B）获取高铁轮对的离散点尺寸信息；（C）根据钢轨的离散点尺寸信息、高铁轮对的离散点尺寸信息拟合轮对及轨道的轮廓信息；（D）基于轮廓信息建立轮对与钢轨的坐标变换关系；（E）基于轮廓信息和坐标变换关系，利用变步长搜索法求解轮轨接触点；（F）继续求解法向接触力；（G）根据轮轨接触点和法向接触力，构建Pascal搜索矩阵求Kaller线性蠕滑力。2.根据权利要求1所述的基于变步长搜索及Pascal求解法的轮轨接触力计算方法，其特征在于：步骤（A）获取钢轨的离散点尺寸信息中，离散点尺寸信息反映钢轨的物理实体模型，离散点数量反馈钢轨型面的轮廓特征值。3.根据权利要求1所述的基于变步长搜索及Pascal求解法的轮轨接触力计算方法，其特征在于：步骤（A）获取钢轨的离散点尺寸信息中，离散点尺寸信息取自新钢轨的标准尺寸或经过磨耗后的服役状态钢轨尺寸。4.根据权利要求1所述的基于变步长搜索及Pascal求解法的轮轨接触力计算方法，其特征在于：步骤（B）获取高铁轮对的离散点尺寸信息中，高铁轮对的离散点尺寸信息反应高铁车辆轮对的主轮廓线。5.根据权利要求1所述的基于变步长搜索及Pascal求解法的轮轨接触力计算方法，其特征在于：步骤（C）根据钢轨的离散点尺寸信息、高铁轮对的离散点尺寸信息拟合轮对及轨道的轮廓信息，具体过程如下：首先，建立钢轨与轮对的坐标体系；然后，采用三转角法样条函数对钢轨主轮廓线上的离散取样点进...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏伟，王雨权，霍学晋，廖立坚，李林安，国巍，勾红叶，
申请(专利权)人：天津大学中铁大桥勘测设计院集团有限公司中南大学西南交通大学，
类型：发明
国别省市：