【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于交通运输业桥梁工程高铁桥上行车安全，具体涉及一种地震作用下集成式垂向车桥耦合移动形变单元。
技术介绍
1、地震作用下的列车-轨道-桥梁系统，可以看成由车辆系统和桥轨系统两个子系统组成。车辆系统和桥轨系统通过轮对与钢轨间接触点传递相互作用力，由于接触点位置的时变性，使得列车-轨道-桥梁系统动力方程的求解变得十分困难。
2、现有技术方法中，针对地震作用下的列车-轨道-桥梁耦合系统，广泛采用的求解方法可分为两类：第一类是弱耦合法，第二类是强耦合法。
3、其中，弱耦合法典型代表为分离迭代法，其将车辆系统和桥轨系统看成两个独立的子结构，通过轮轨接触点处力和位移协调关系实现两子系统间耦联。通常两子系统分开建模。弱耦合法在每个计算时步内，两子系统的动力方程是分开求解的，故子系统的质量、刚度、阻尼矩阵不会随时间变化。但为了保证整体系统的收敛性，两子系统间需要进行迭代计算，通常其迭代收敛性难以保证；当然，如果时间步长足够小，也可以采用无迭代的弱耦合算法，但其计算效率会显著降低。
4、其中，强耦合法典型代表为大系统法，其将车辆系统和桥轨系统看成一个大系统，进行统一的建模、计算、求解。其先由子系统动力矩阵组装获得整体系统质量、刚度、阻尼矩阵，然后代入系统的耦合振动方程，进而开展数值积分求解。部分学者采用“对号入座”法则简化动力矩阵的组装过程。强耦合法在每一积分时步内，由于系统矩阵的时变特性，每时步系统需要重新生成动力矩阵，从而很难在一般通用有限元框架内快速实现车桥耦合振动分析。
5、综合以
技术实现思路
1、本专利技术为解决现有技术存在的问题而提出，其目的是提供一种地震作用下集成式垂向车桥耦合移动形变单元。
2、本专利技术的技术方案是：一种地震作用下集成式垂向车桥耦合移动形变单元，包括以下步骤：
3、a.输入桥梁形变单元的信息；
4、b.确定局部激活单元和非激活单元；
5、c.针对确定的局部激活单元，计算局部激活单元的柔度矩阵；
6、d.针对确定的局部激活单元，计算局部激活单元的刚度矩阵；
7、e.针对确定的局部激活单元，计算局部激活单元的形函数矩阵；
8、f.计算垂向车桥耦合轮轨接触力；
9、g.基于步骤c～步骤f的结果，得到集成式垂向车桥耦合移动形变单元。
10、更进一步的，步骤a输入桥梁形变单元的信息，具体过程如下：
11、首先，对于发生车桥耦合作用的桥梁进行网格划分，确定桥梁所有的形变单元信息；
12、然后，对桥梁形变单元两端截面采用通用的自定义输入规则输入；
13、最后，计算桥梁形变单元两端截面的截面特性值。
14、更进一步的，步骤b确定局部激活单元和非激活单元，具体过程如下：
15、首先，根据运行列车的轮对位置，确定局部激活单元；
16、然后，根据局部激活单元，确定非激活单元。
17、更进一步的，步骤c针对确定的局部激活单元，计算局部激活单元的柔度矩阵，具体过程如下：
18、首先，建立局部激活单元内部任意截面上的内力表达式；
19、然后，计算得到局部激活单元内部任意截面的截面力和截面变形；
20、再后，得到局部激活单元截面力与截面变形间的关系；
21、最后，求解得到局部激活单元的柔度矩阵。
22、更进一步的，步骤c中局部激活单元的柔度矩阵，其具体表达如下：
23、
24、其中，fr(x)表示局部激活单元的柔度矩阵；x表示局部激活单元内部截面位置；e为弹性模量，g为剪切模量，a为横截面面积，asy、asz为剪切面面积；iy(x)、iz(x)、j(x)表示局部激活单元的两个方向抗弯刚度及抗扭刚度；l为局部激活单元长度。
25、更进一步的，步骤d针对确定的局部激活单元，计算局部激活单元的刚度矩阵，具体过程如下：
26、首先，对步骤c得到局部激活单元的柔度矩阵求逆，得到无刚体位移的刚度矩阵；
27、然后，得到从广义坐标系到整体坐标系的转换表达；
28、最后，建立各转换矩阵的具体显示表达。
29、更进一步的，步骤d中从广义坐标系到整体坐标系的转换表达，具体如下：
30、从广义坐标系到整体坐标系需经过两个转换矩阵相乘后得到，其表达如下：
31、
32、其中，kg(x)为整体坐标系下的刚度矩阵；kr(x)为广义坐标系下的刚度矩阵；trg为从广义坐标到整体坐标系的转换矩阵；t为转置运算符。
33、更进一步的，步骤e针对确定的局部激活单元，计算局部激活单元的形函数矩阵，具体过程如下：
34、首先，建立广义坐标系局部激活单元任意位置处的各位移变形量；
35、然后，建立局部激活单元局部坐标系中的位移关系；
36、再后，整理得到空间位移与节点位移相关的表达；
37、最后，得到局部激活单元的形函数矩阵。
38、更进一步的，步骤e中局部激活单元的形函数矩阵，具体表达如下：
39、形函数矩阵n为：
40、
41、其中，n表示形函数；t表示矩阵转置；n1～n20是形函数矩阵中的子项；
42、对形函数矩阵中的子项n1～n20，进行分别表达，具体如下：
43、
44、
45、
46、
47、
48、
49、其中，表示广义坐标系下的刚度矩阵kr(x)的第i行第j列；i、j取值范围为1～6，是计算公式的中间参数；上标r表示广义坐标。
50、更进一步的，步骤f计算垂向车桥耦合轮轨接触力，具体过程如下：
51、首先，求解轮轨间的垂向接触压缩量；
52、然后，计算垂向车桥耦合轮轨接触力。
53、更进一步的，步骤f中求解轮轨间的垂向接触压缩量，具体如下：
54、δ＝ur-uw+β (10)
55、其中，δ为轮轨间的垂向接触压缩量；uw为车轮位移；β为接触点处轨道不平顺值；ur为接触点处轨道梁的位移，包含由形函数插值得到的位移，也包含由于轮轨相互作用产生的位移。
56、更进一步的，步骤f中计算垂向车桥耦合轮轨接触力，具体如下：
57、
58、其中，fh为垂向车桥耦合轮轨接触力，g为轮轨接触常数。
59、更进一本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种地震作用下集成式垂向车桥耦合移动形变单元，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种地震作用下集成式垂向车桥耦合移动形变单元，其特征在于：步骤A输入桥梁形变单元的信息，具体过程如下：
3.根据权利要求1所述的一种地震作用下集成式垂向车桥耦合移动形变单元，其特征在于：步骤B确定局部激活单元和非激活单元，具体过程如下：
4.根据权利要求1所述的一种地震作用下集成式垂向车桥耦合移动形变单元，其特征在于：步骤C针对确定的局部激活单元，计算局部激活单元的柔度矩阵，具体过程如下：
5.根据权利要求4所述的一种地震作用下集成式垂向车桥耦合移动形变单元，其特征在于：步骤C中局部激活单元的柔度矩阵，其具体表达如下：
6.根据权利要求1所述的一种地震作用下集成式垂向车桥耦合移动形变单元，其特征在于：步骤D针对确定的局部激活单元，计算局部激活单元的刚度矩阵，具体过程如下：
7.根据权利要求6所述的一种地震作用下集成式垂向车桥耦合移动形变单元，其特征在于：步骤D中从广义坐标系到整体坐标系的转换表达，具体如下：<...
【技术特征摘要】
1.一种地震作用下集成式垂向车桥耦合移动形变单元，其特征在于：包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种地震作用下集成式垂向车桥耦合移动形变单元，其特征在于：步骤a输入桥梁形变单元的信息，具体过程如下：
3.根据权利要求1所述的一种地震作用下集成式垂向车桥耦合移动形变单元，其特征在于：步骤b确定局部激活单元和非激活单元，具体过程如下：
4.根据权利要求1所述的一种地震作用下集成式垂向车桥耦合移动形变单元，其特征在于：步骤c针对确定的局部激活单元，计算局部激活单元的柔度矩阵，具体过程如下：
5.根据权利要求4所述的一种地震作用下集成式垂向车桥耦合移动形变单元，其特征在于：步骤c中局部激活单元的柔度矩阵，其具体表达如下：
6.根据权利要求1所述的一种地震作用下集成式垂向车桥耦合移动形变单元，其特征在于：步骤d针对确定的局部激活单元，计算局部激活单元的刚度矩阵，具体过程如下：
7.根据权利要求6所述的一种地震作用下集成式垂向车桥耦合移动形变单元，其特征在于：步骤d中从广义坐标系到整...
【专利技术属性】
技术研发人员：王雨权，苏伟，肖秋生，廖立坚，国巍，闫林栋，王静，陈团团，李政，郭钟文，肖翔，张竹，王民杰，吕一鹏，吴长发，
申请(专利权)人：中国铁路设计集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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