【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及加速轮轨接触边界元计算领域，具体涉及一种加速轮轨接触边界元计算的预估方法及装置。
技术介绍
1、轮轨系统是铁路车辆能够运行的重要组成部分，铁路系统通过轮轨接触实现了列车的支撑和导向作用。而轮轨接触力学行为直接反映了轮轨接触品质的好坏，准确的评估对保障铁路安全、稳定、经济运营是非常重要的。鉴于目前测试技术无法有效捕捉轮轨接触斑内力学行为的事实，采用解析方法或数值手段建立准确可靠的接触力学模型是研究轮轨接触行为的关键。目前，求解轮轨接触问题有以下三类方法：边界元方法、快速算法和有限元方法。
2、现有技术主要存在以下缺点：
3、1.没有明确的方法确定矩形潜在接触区域边界，边界的确定往往依赖于研究者的经验，若潜在接触区域过大会增加冗余的计算成本，过小会无法得到准确的计算结果。
4、2.在法向接触计算方面，以往方法在计算时首先假设接触区域为整个潜在接触区域，接触应力均匀分布在接触区域内，进一步在整个矩形区域迭代得到结果以满足边界条件。上述初始假设使以往方法迭代次数较多。
5、3.在切向接触计算方面，以往方法在计算时首先假设整个接触区域内均为黏着区，切向应力均为0，进一步在整个接触区域内迭代得到粘滑区分布和切向应力分布结果以满足边界条件。上述初始假设使以往方法迭代次数较多。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种加速轮轨接触边界元计算的预估方法及装置，能够确定合适的潜在接触区域，既保证计算精度，也避免冗余
2、本专利技术采取如下技术方案实现上述目的，一方面，本专利技术提供一种加速轮轨接触边界元计算的预估方法，包括：
3、步骤1、确定潜在接触区域、轮轨接触点几何间隙分布以及轮轨接触点的蠕滑率与自旋；
4、步骤2、根据轮轨接触点几何间隙分布获取对应的压应力纵向分布；
5、步骤3、根据几何间隙分布与压应力纵向分布通过余能表达式求解法向精确解；
6、步骤4、通过法向精确解获取轮轨切向接触初始解；
7、步骤5、通过初始解利用切向边界元模型求解精确解。
8、进一步的是，步骤1具体包括：
9、通过缩减因子确定潜在接触区域；
10、通过迹线法确定轮轨接触点，并离散车轮和钢轨坐标确定接触几何参数，横向接触几何间隙，采用如下公式计算，g(y)＝zw(y)-zr(y)，g(y)表示横向接触几何间隙，zw(y)与zr(y)表示钢轨几何型面；
11、分别确定潜在区域横向和纵向接触边界，横向接触边界通过几何间隙与渗透量确定，方式如下，f(y)＝εδ-g(y)≥0，δ表示渗透量，ε表示缩减因子，f(y)表示横向接触边界；纵向接触边界计算方式如下，a(y)表示纵向接触边界，a为接触点处曲率；
12、通过潜在区域横向和纵向接触边界计算距轮轨接触点设置距离以内的三维接触几何间隙分布，计算方式如下，z(x,y)＝f(y)+ax2，z(x,y)表示几何间隙；
13、纵向蠕滑率cx、切向蠕滑率cy和自旋cφ的计算方式如下：
14、cy＝-sinψcos(φ+δ(y))，式中r1为名义滚动半径，δ(y)表示接触角，φ表示侧滚角，ψ表示摇头角，r(y)表示接触半径。
15、进一步的是，步骤2具体包括：
16、划分简化算法计算网格，将几何间隙、潜在区域横向与纵向接触边界通过插值的方式插入所述计算网格下；
17、以几何间隙作为输入参数，计算轮轨接触法向初始解，设置横向法向应力分布与接触斑纵向长度成正比，则：a0为y＝0处纵向半轴长度，p(y)表示x＝0处的压应力，
18、式中n为法向力，通过下式计算：
19、
20、式中ev和μ分别是弹性模量和泊松比。
21、接触斑内压应力沿纵向分布遵循下式，p(x,y)表示压应力沿纵向分布。
22、进一步的是，步骤3具体包括：
23、划分边界元计算网格，将几何间隙与压应力沿纵向分布通过插值的方式插入当前网格下作为参数输入；
24、建立轮轨法向接触问题的余能表达，表达式如下：
25、式中piz、pjz表示为单元i、j处的法向应力；aizjz定义为单元j因承受单位荷载引起单元i的法向弹性位移差；hi为两接触体刚性接触时的法向间隙。
26、根据余能表达式求解轮轨接触斑形状、压应力分布和法向接触力，当迭代满足如下边界条件则计算完成，c表示接触区，e表示非接触区ei表示i单元处发生弹性变形的几何间隙。
27、进一步的是，步骤4具体包括：
28、将蠕滑率、自旋及法向精确解作为输入量；
29、带入trial以及fastsim简化模型得到轮轨切向接触初始解。
30、进一步的是，步骤5具体包括：
31、将初始解通过插值的方式插入到法向接触计算时划分的边界元计算网格下作为输入参数；
32、建立轮轨滚动切向接触的余能表达，表达式如下：
33、式中wii为[t′,t]时段内单元i处经历的刚性滑动量；biijj定义为单元j因承受单位荷载引起单元i的切向弹性位移差；pii和pjj为单元i，j位置处的切向应力分布。
34、通过convexgs算法求得精确切向应力分布、蠕滑力和蠕滑力矩。
35、另一方面，本专利技术提供一种加速轮轨接触边界元计算的预估装置，所述装置包括：
36、参数获取模块，用于确定潜在接触区域、轮轨接触点几何间隙分布以及轮轨接触点的蠕滑率与自旋；
37、应力获取模块，用于根据轮轨接触点几何间隙分布获取对应的压应力纵向分布；
38、余能求解模块，用于根据几何间隙分布与压应力纵向分布通过余能表达式求解法向精确解；
39、初始解模块，用于通过法向精确解获取轮轨切向接触初始解；
40、精确解模块，用于通过初始解利用切向边界元模型求解精确解。
41、进一步的是，参数获取模块具体用于，通过缩减因子确定潜在接触区域；
42、通过迹线法确定轮轨接触点，并离散车轮和钢轨坐标确定接触几何参数，横向接触几何间隙，采用如下公式计算，g(y)＝zw(y)-zr(y)，g(y)表示横向接触几何间隙，zw(y)与zr(y)表示钢轨几何型面；
43、分别确定潜在区域横向和纵向接触边界，横向接触边界通过几何间隙与渗透量确定，方式如下，f(y)＝εδ-g(y)≥0，δ表示渗透量，ε表示缩减因子，f(y)表示横向接触边界；纵向接触边界计算方式如下，a(y)表示纵向接触边界，a为接触点处曲率；
44、通过潜在区域横向和纵向接触边界计算距轮轨接触点设置距离以内的三维接触几何间隙分布，计算方式如下，z(x,y)＝f(y)+ax2，z(x,y)表示几何间隙；
45、纵向蠕滑率cx、本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种加速轮轨接触边界元计算的预估方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的加速轮轨接触边界元计算的预估方法，其特征在于，步骤1具体包括：
3.根据权利要求2所述的加速轮轨接触边界元计算的预估方法，其特征在于，步骤2具体包括：
4.根据权利要求3所述的加速轮轨接触边界元计算的预估方法，其特征在于，步骤3具体包括：
5.根据权利要求3所述的加速轮轨接触边界元计算的预估方法，其特征在于，步骤4具体包括：
6.根据权利要求5所述的加速轮轨接触边界元计算的预估方法，其特征在于，步骤5具体包括：
7.一种加速轮轨接触边界元计算的预估装置，用于实现如权利要求1-6任意一项所述的加速轮轨接触边界元计算的预估方法，其特征在于，所述装置包括：
8.根据权利要求7所述的加速轮轨接触边界元计算的预估装置，其特征在于，参数获取模块具体用于，通过缩减因子确定潜在接触区域；
9.根据权利要求8所述的加速轮轨接触边界元计算的预估装置，其特征在于，应力获取模块具体用于，划分简化算法计算网格，将几何间
10.根据权利要求9所述的加速轮轨接触边界元计算的预估装置，其特征在于，初始解模块具体用于，将参数获取模块计算得到的蠕滑率和自旋，以及余能求解模块中计算得到的法向精确解作为输入量；带入Trial以及Fastsim简化模型得到轮轨切向接触初始解；精确解模块，具体用于，将初始解通过插值的方式插入到法向接触计算时划分的边界元计算网格下作为输入参数；
...【技术特征摘要】
1.一种加速轮轨接触边界元计算的预估方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的加速轮轨接触边界元计算的预估方法，其特征在于，步骤1具体包括：
3.根据权利要求2所述的加速轮轨接触边界元计算的预估方法，其特征在于，步骤2具体包括：
4.根据权利要求3所述的加速轮轨接触边界元计算的预估方法，其特征在于，步骤3具体包括：
5.根据权利要求3所述的加速轮轨接触边界元计算的预估方法，其特征在于，步骤4具体包括：
6.根据权利要求5所述的加速轮轨接触边界元计算的预估方法，其特征在于，步骤5具体包括：
7.一种加速轮轨接触边界元计算的预估装置，用于实现如权利要求1-6任意一项所述的加速轮轨接触边界元计算的预估方法，其特征在于，...
【专利技术属性】
技术研发人员：安博洋，谢毅，赖洪翔，王平，潘自立，何庆，徐井芒，陈嵘，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：
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