【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于土木工程，具体涉及一种无砟轨道多尺度损伤演变分析方法及系统。
技术介绍
1、随着经济技术的发展和人们生活水平的提高，高速铁路系统已经广泛应用于人们的生产和生活当中，给人们的生产和生活带来了极大的便利。crts iii型板式无砟轨道在高速铁路系统中得到了广泛应用；因此，针对crts iii型板式无砟轨道的损伤演变分析，就显得尤为重要。
2、crts iii型板式无砟轨道一般包括了钢轨、轨道板、自密实混凝土、底座板和路基部分。在针对crts iii型板式无砟轨道进行损伤演变分析过程中，大多研究者均采用宏观模型进行研究，现有的宏观模型难以准确反映复杂荷载下的损伤演变过程和精确的应力水平。此外，若全局采用细观模型，将极大耗费计算资源和时间，甚至无法计算。
技术实现思路
1、本专利技术的目的之一在于提供一种可靠性高、精确性好且效率较高的无砟轨道多尺度损伤演变分析方法。
2、本专利技术的目的之二在于提供一种实现所述无砟轨道多尺度损伤演变分析方法的系统。
3、本专利技术提供的这种无砟轨道多尺度损伤演变分析方法，包括如下步骤：
4、s1. 获取目标无砟轨道的数据信息；
5、s2. 根据目标无砟轨道中自密实混凝土的实际粒径集配曲线，生成随机骨料模型；
6、s3. 根据获取的目标无砟轨道的数据信息，建立无砟轨道的初始叠合梁模型作为当前模型，设定初始约束条件并作为当前约束条件；
7、s4. 在当前约束条件下
8、s5. 根据步骤s4得到的求解结果，基于应力结果和抗拉强度对对应的梁单元进行梁单元损伤指标计算，基于混凝土的参数信息对对应的一级平面单元进行损伤指标计算；
9、s6. 删除当前模型中的所有约束和载荷；
10、s7. 根据步骤s5得到的损伤指标计算结果，将对应的梁单元转换为一级平面单元，并将对应的一级平面单元进行细化操作并得到对应的精细化单元；
11、s8. 根据映射判别算法，对步骤s7得到的精细化单元进行遍历并导入步骤s2生成的随机骨料模型；
12、s9. 对完成了步骤s8的模型重新添加接触关系，得到新的多尺度模型并作为当前模型，同时设定新的约束条件作为当前约束条件；
13、s10. 重复步骤s4~s9，直至加载步满足设定的要求；
14、s11. 根据最终得到的无砟轨道的多尺度模型及对应的数据，进行后处理分析，完成目标无砟轨道的多尺度损伤演变分析。
15、所述的步骤s2，具体包括如下步骤：
16、根据目标无砟轨道中自密实混凝土的实际粒径集配曲线，采用瓦拉文公式计算出各集配段所含的骨料面积百分比；
17、基于蒙特卡洛法生成满足各级配骨料百分比含量的骨料模型；所述骨料模型包括圆形骨料模型、多边形骨料模型、椭圆骨料模型和混合骨料模型；
18、根据生成的骨料模型，对骨料模型的骨料信息进行保存。
19、所述的步骤s3，具体包括如下步骤：
20、在ansys有限元软件中进行建模；
21、钢轨、轨道板、自密实混凝土、底座板和路基均采用3d梁单元beam188进行模拟；
22、导入钢轨、轨道板、自密实混凝土、底座板和路基的对应截面参数，并加密截面网络；
23、钢轨和轨道板的竖向连接采用combin14弹簧单元，钢轨和轨道板的纵向连接采用combin39弹簧单元；
24、轨道板和自密实混凝土的梁单元之间，采用刚臂绑定连接；
25、自密实混凝土和底座板之间、底座板和路基单元之间，均采用接触单元进行连接；
26、设定钢轨、轨道板、自密实混凝土、底座板和路基的材料参数；所述材料参数包括弹性模量、泊松比、热膨胀系数和密度；
27、最后，设定初始约束条件。
28、所述的步骤s5，具体包括如下步骤：
29、根据步骤s4得到的求解结果，针对当前模型中的轨道板、自密实混凝土和底座板中的所有梁单元进行遍历，并计算梁单元损伤指标：式中为梁单元的最大纵向拉应力；为混凝土标准抗拉强度；
30、记录梁单元损伤指标大于第一设定值的梁单元，并作为待变换梁单元；
31、根据步骤s4得到的求解结果，针对当前模型中的所有一级平面单元进行遍历，基于混凝土的参数信息对对应的一级平面单元，计算一级平面单元损伤指标：式中为第一中间变量，且，为混凝土单轴抗拉强度代表值，为混凝土弹性模量，为混凝土峰值拉应变； x为第二中间变量，且，为混凝土应变；为混凝土受拉应力-应变曲线下降段的参数；
32、记录一级平面单元损伤指标大于第二设定值的一级平面单元，并作为待精细化一级平面单元。
33、所述的步骤s7，具体包括如下步骤：
34、采用如下步骤将对应的梁单元转换为一级平面单元：
35、获取待变换梁单元的数据信息；
36、将待变换的梁单元删除，同时删除用于连接该梁单元的弹簧单元或接触单元；
37、在删除的梁单元位置，建立二维平面单元，并赋予新建立的二维平面单元混凝土本构模型，并划分网格，从而得到转换后的一级平面单元；
38、采用如下步骤将对应的一级平面单元进行细化操作并得到对应的精细化单元：
39、对待精细化一级平面单元，进行网格细化；网格细化后，一级平面单元分为未细化的一级平面单元、二级精细化网格单元和过渡网格单元；未细化的一级平面单元定义为未被网格细化的一级平面单元，二级精细化网格单元定义为经过网格细化的一极平面单元，过渡网格单元定义为位于未细化的一级平面单元和二级精细化网格单元之间、且连接未细化的一级平面单元和二级精细化网格单元的网格单元；
40、针对二级精细化网格单元，采用如下步骤更改单元类型：
41、对轨道板、自密实混凝土和底座板中的所有二级精细化网格单元进行遍历，并判断：
42、若当前二级精细化网格单元的对角线距离相等，则进行下一个二级精细化网格单元的判断；
43、若当前二级精细化网格单元的对角线距离不相等，则将当前二级精细化网格单元的单元类型更改为过渡单元；
44、完成轨道板、自密实混凝土和底座板中所有二级精细化网格单元的遍历和单元类型更改，得到最终的二级精细化网格单元。
45、所述的步骤s8，具体包括如下步骤：
46、将步骤s2生成的随机骨料模型导入ansys软件；
47、根据骨料信息在自密实混凝土截面中的位置，将骨料、砂浆和界面映射到二级精细化网格单元中，并根据二级精细化网格单元的形心位置，进行二级精细化网格单元的判断：
48、若二级精细化网格单元的形心坐标落在界面区域内部，则该二级精细化网格单元为细观模型的界面单元；...
【技术保护点】
1.一种无砟轨道多尺度损伤演变分析方法，其特征在于包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的无砟轨道多尺度损伤演变分析方法，其特征在于所述的步骤S2，具体包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的无砟轨道多尺度损伤演变分析方法，其特征在于所述的步骤S3，具体包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的无砟轨道多尺度损伤演变分析方法，其特征在于所述的步骤S5，具体包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的无砟轨道多尺度损伤演变分析方法，其特征在于所述的步骤S7，具体包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的无砟轨道多尺度损伤演变分析方法，其特征在于所述的步骤S8，具体包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的无砟轨道多尺度损伤演变分析方法，其特征在于所述的步骤S9，具体包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的无砟轨道多尺度损伤演变分析方法，其特征在于步骤S11所述的后处理，具体包括如下步骤：
9.一种实现权利要求1~8中任意一项所述的无砟轨道多尺度损伤演变分析方法的系统，其特征在于包括数据获取模块、骨
...【技术特征摘要】
1.一种无砟轨道多尺度损伤演变分析方法，其特征在于包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的无砟轨道多尺度损伤演变分析方法，其特征在于所述的步骤s2，具体包括如下步骤：
3.根据权利要求2所述的无砟轨道多尺度损伤演变分析方法，其特征在于所述的步骤s3，具体包括如下步骤：
4.根据权利要求3所述的无砟轨道多尺度损伤演变分析方法，其特征在于所述的步骤s5，具体包括如下步骤：
5.根据权利要求4所述的无砟轨道多尺度损伤演变分析方法，其特征在于所述的步骤s7，具体包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的无砟轨道多尺度损伤演变分析方法，其特征在于所述的步骤s8，具体包括如下步骤：
7.根据权利要求6所述的无砟轨道多尺度损伤演变分析方法，其特征在于所述的步骤s9，具体包括如下步骤：
8.根据权利要求7所述的无砟轨道多尺度损伤演变分析方法，其特征在于步骤s11所述的后处理，具体包括如下步骤：
9.一种实现权利要求1~8中任意一项所述的无砟轨道多尺度损伤演变分析方法的系统，其特征在于包括数据获取模块、骨料生成模块、初步模型/约束构建模块、模型求解模块、损伤指标计算模块、约束载荷删除模块、转换模块、骨料导入模块、约束载荷添加模块、重复模块和损伤演变分析模块；数据获取模块、骨料生成模块、初步模型/约束构建模块、模型求解模块、损伤指标计算模块、约束载荷删除模块、转换模块、骨料导入模块、约束载荷添加模块和重复模块依次串接，重复模块的输出端同时连接损伤演变分析模块和模型求解模块；数据获取模块用于获取目标无砟轨道的数据信息，并将数据信息上传骨料生成模块；骨料生成模块用于根据接收到的数据信息，根据目标无砟轨道中自密实...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐庆元，孙胜伟，徐磊，王玺，胡昌林，徐毅，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。