板式轨道结构计算模型的对比分析研究

为研究板式无砟轨道结构不同计算模型的差异,本文以文献算例为参考,根据弹性地基梁模型和实体模型的计算理论,采用大型有限元软件ANSYS,分别建立了相应的有限元模型,分析了钢轨和轨道板的位移、弯矩和应力分布;从模型的简化程度、计算理论和边界条件等方面,对两种模型的差异进行了对比分析。结果表明:两种模型对钢轨的计算结果基本相同,对轨道板的计算结果相差较大;弹性地基梁模型理论清晰,计算简单,可用于工程的设计和施工,但有一定局限性,而实体模型更能反映结构的实际情况,更适用于结构的研究和设计,其计算结果表明,轨道板应力和位移的横向分布是不均匀的,建议对弹性地基梁模型进行改进和修正。     

轨道结构路桥过渡段静力分析

将轨道结构简化为弹性支承交叉地基梁系，建立了有碴轨道结构路桥过渡段的空间计算模型，采用ANSYS有限元分析软件对过渡段结构进行了静力分析，并对不同的竖向支承刚度比时过渡段钢轨及轨枕的应力及位移进行了讨论。     

铁路直线轨道空间振动时变模型

针对无限长轨道上车辆一轨道耦合振动响应特性,建立了铁路直线轨道结构空间振动模型。采用有限单元法,将轨枕和钢轨离散为线性粘弹性点支承梁单元,运用弹性系统总势能不变值原理及形成矩阵的“对号入座”法则,建立了模型的振动方程组,采用轨道不断“增加和缩减”方法,使得模型的质量、阻尼和刚度矩阵及荷载列阵具有时变特性。运用既有的车辆动力学模型和实测参数,计算了轨道长度为4km的车辆一轨道耦合振动响应值,钢轨位移、轮对摇摆力以及车体加速度等指标计算幅值与实测幅值接近,验证了该模型的可行性。     

基于流固耦合求解的强横风下轨道力学分析

为研究强横风条件下轨道结构的力学特性，采用计算流体力学和有限元联合仿真，对轨道结构的受力和变形进行了分析. 首先采用SOLIDWORKS软件基于CRH380A型高速列车实际外形轮廓建模，然后通过FLUENT计算得到列车的气动特性，再与有限元软件ABAQUS联合仿真建立列车-轨道耦合模型；模型中完整地保留列车表面所受的气动力，解决了流固耦合中列车气动力的传递问题；最后基于建立的耦合模型，针对强横风作用下轨道结构的力学特性进行系统分析. 研究结果表明，当列车运行速度为350 km/h，风速从0变化到15 m/s时，钢轨背风侧处横向位移从0.177 mm增加到2.100 mm，增大了11.86倍，可见强横风条件下，要重点关注钢轨背风侧处横向力学特性；当风速超过15 m/s时，列车运行速度达到250 km/h，钢轨横向位移超出了最大允许值2.000 mm，表明长期的强横风作用将会导致轨道的几何形位发生改变，但此时轮重减载率和脱轨系数并未超出对应限值0.65和0.800. 因此，横风作用下不仅要考虑列车运行安全性指标，也要考虑轨道结构力学指标的变化.      

深基坑开挖三维弹塑性有限元分析

对深基坑开挖时支护结构及周围土体的位移、应力等进行了三维有限元分析。其中，土体用修正剑桥模型模拟，支护结构按弹性考虑。推导了修正剑桥模型的增量型本构关系及空间等参元的计算格式；采用了新的开挖荷载计算方法，并在ＡＤＩＮＡ程序的基础上编制了一个能模拟实际开挖全过程的空间有限元分析程序；利用所编程序进行了工程实例计算及结果分析。理论计算与实测的位移、应力值比较吻合。     

铁路板式轨道结构平面有限元分析

无碴轨道是一种新型的轨道结构型式,越来越多地应用于高速铁路。目前,无碴轨道结构计算理论还不完善,多采用叠合梁的方法。现采用平面有限元方法,把荷载和轨道结构看成一个系统,对板式无碴轨道在荷载作用下的竖向位移和内力进行了分析,并通过MATLAB编程实现,计算结果符合无碴轨道结构基本原理。     

重载铁路轨道结构受力特性仿真分析

重载铁路朝大轴重、高运量、高密度的方向发展,对轨道结构提出了更高的需求。轨道结构在列车荷载作用下的受力特性与轨道部件尺寸、材料参数等有关。在已有研究基础上,充分结合朔黄铁路现场实测数据,采用有限元方法建立重载铁路轨道结构仿真模型,计算分析了不同轴重及不同轨道参数下的重载铁路轨道结构的受力特性(包括钢轨、轨枕、道床、路基面的弯矩、应力、变形等)。研究结果表明:列车轴重对钢轨位移与应力影响最大;采用Ⅲ型轨枕、减小轨枕间距有利于减小轨道结构受力;道床弹性模量对钢轨位移影响较大,而道床厚度对受力特性影响较小。     

地震作用下桥梁桩基与土层相互作用的模型试验研究

采用有限元方法可建立地震反应计算模型。为进一步验证理论计算的可行性以及分析地震对桥梁桩基的影响,在1：50的基础动力结构模型试验中,应用相似原理将模拟地震波作用于桥梁桩基模型上来研究模型桩身不同深度处的轴力和土层位移的变化情况。试验结果表明模型桩轴力、土层位移与用两维四节点有限元预测原型的相应指标是相似的。     

重载铁路货车轴载作用下嵌入式轨道受力变形分析

为研究嵌入式轨道在重载铁路中的适用性，采用有限元法，建立嵌入式轨道有限元模型，从钢轨应力、钢轨位移、轨道板位移的角度分析货车轴载对嵌入式轨道结构受力及变形的影响，并针对现有嵌入式轨道结构进行优化研究。研究结果表明：货车轴载对嵌入式轨道轨头应力、轨底应力、钢轨横向及竖向位移影响显著，其中，轨头应力、钢轨横向位移均超过限值要求，但其对轨道板位移影响较小；采用75 kg/m钢轨替换60 kg/m钢轨后，轨头应力显著减小，但钢轨横向位移仍然超过限值要求；在此基础上，随着填充材料弹性模量的增大，钢轨应力及位移均显著减小，且均在规范限值内，填充材料弹性模量建议取为400 MPa。     

小阻力扣件桥上无缝线路附加力

在铁路桥梁上铺设无缝线路，为了降低梁跨结构和钢轨之间的相互作用力，往往采用小阻力扣件。在有碴桥上无缝线路采用小阻力扣件，在钢轨、轨枕及梁跨结构三者之间将产生较明显相对位移，以往的计算模型没有考虑轨枕和钢轨相对位移的影响，与有碴轨道小阻力扣件桥上无缝线路工况存在较大偏差。在吸收国内外研究成果的基础上，建立了一种能综合考虑钢轨、轨枕、梁体三者相互作用的有碴轨道小阻力扣件桥上无缝线路附加力计算力学模型，给出了算例，对不同力学模型计算结果作了对比。计算结果表明，新模型计算结果要小于既有模型，对于柔性墩台结构，差分尤其明显。不考虑轨枕位移，该模型也适用于无碴轨道小阻力扣件桥上无缝线路附加力计算，相比有碴桥，小阻力扣件无碴桥上无缝线路附加力有较大幅度增加。     

双块式无砟轨道-箱梁结构振动与噪声参数影响分析

以跨度为32m的简支高架箱梁为研究对象,利用有限元法与间接边界元法相结合,分析了德国低干扰轨道谱激励下不同参数对双块式无砟轨道高架箱梁结构噪声的影响.结果表明:扣件刚度对钢轨的振动位移和箱梁底板的振动加速度影响较大,对高架箱梁结构噪声的影响主要在32Hz以下;行车速度对钢轨的振动加速度和箱梁底板的振动位移影响较大,对高架桥梁结构噪声的影响比较强烈,而且距离线路中心线距离越远的场点,其所受车速影响越大.     

钢桁梁梁端横向伸缩对轨道几何形位的影响

为研究钢桁梁梁端横向伸缩对有砟轨道几何形位的影响规律,运用有限单元法,建立线-桥横向分析的计算模型,对在日温差作用下钢桁梁梁端相对路基伸缩时有砟轨道几何形位的变化及其影响因素进行分析。结果表明,钢桁梁相对路基发生横向伸缩后会使有砟轨道线路产生较大的横向位移和方向变化率,但对轨距影响不明显;梁端伸缩时,道床、扣件横向阻力对轨道横向位移的影响很小,且其增大到正常值之后,轨道方向变化率受其影响也很小;钢桁梁横向固定支座和线路中线间的距离是影响轨道几何形位变化的主要因素,当其控制在6.7 m以内时,轨道的最大横向位移小于2 mm,方向不平顺变化率小于1‰。     

CRTS Ⅱ型板断裂条件下桥上无缝线路伸缩力特性

为了研究桥上CRTSⅡ型轨道板断裂条件下轨道、桥梁结构纵向受力变形规律及其影响，基于有限元法和梁-板-轨相互作用机理，建立桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型，分析不同轨道板断缝位置、断缝宽度、裂缝深度及轨道板、底座板伸缩刚度对断板条件下桥上无砟轨道无缝线路伸缩力分布规律的影响. 研究结果表明:在计算轨道板断裂条件下桥上无砟轨道无缝线路伸缩力时，应根据不同检算部件选取最不利的断板位置，建议将轨道板断缝宽度和深度分别取2 mm和200 mm、轨道板、底座板伸缩刚度折减至10%～50%，计算结果是偏安全的且不失一般性；轨道板断裂增加了断缝处CA （cement asphalt）砂浆层及底座板断裂的风险，断板侧的钢轨纵向位移及轨板相对位移均在断缝处急剧变化.      

高速铁路长大桥梁无缝线路附加挠曲力计算分析

根据高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路梁轨相互作用原理,结合京沪高铁实际情况,建立了京沪高铁整桥双线有限元模型,以10跨32 m混凝土简支箱梁桥为例,用有限元法计算分析了高速铁路长大桥梁无砟轨道无缝线路附加挠曲力及附加挠曲位移的分布。计算结果表明,列车在双线简支箱梁上单线运行时,其附加挠曲力值较小,4根钢轨的附加挠曲力值有所差别,但差别不大。钢轨附加挠曲力在桥台处较大,钢轨纵向位移则在桥梁中部较大,在桥台处较小。     

提速线路参数对轨道结构振动动力响应分析

建立了移动列车荷载作用下点支承连续弹性粱的轨道结构垂向振动动力学分析模型．针对提速线路,采用动力有限元分析方法。分别讨论并比较了有无钢轨初始不平顺条件下,机车以不同行驶速度通过有刚度突变轨道地段时,轨道结构的动力响应规律．理论分析计算表明,线路初始不平顺和由轨枕失效、暗坑等造成的基础刚度的突变对整个轨道结构的动力响应有着显著影响．     

简支梁桥上嵌入式轨道无缝线路可靠性分析

为分析关键因素对桥上嵌入式轨道无缝线路力学特性的影响, 并基于可靠性理论对其进行评估, 采用有限元法建立了简支梁桥上嵌入式轨道无缝线路计算模型, 选择高分子材料纵向阻力和梁体温差为随机变量, 并根据实际工况确定了随机变量的分布类型和分布参数; 通过中心组合试验设计方法设计了响应面试验, 采用最小二乘法拟合了随机变量和响应之间的函数关系, 从而建立了轨板相对位移关于高分子材料纵向阻力和梁体温差的二次多项式响应面模型, 通过方差分析验证了所建立模型的正确性, 并采用灵敏度分析方法对随机变量进行了参数敏感性分析; 构建了桥上嵌入式轨道无缝线路长期服役性能的极限状态方程, 综合运用蒙特卡洛法和响应面模型评估了简支梁桥上嵌入式轨道无缝线路的可靠性。分析结果表明: 梁体温差和高分子材料纵向阻力对轨板相位移的灵敏度系数分别为0.99和-0.08, 梁体温差对轨板相对位移的影响远大于高分子材料纵向阻力; 在考虑参数的随机性以后, 温度作用下的轨板相对位移具有一定的离散性, 其主要分布在4.0~6.5 mm范围内, 且近似服从正态分布; 在不采取特殊处理措施的情况下, 不宜在年温差较大的地区建造桥上嵌入式轨道; 提出的桥上嵌入式轨道无缝线路可靠性评估方法可为嵌入式轨道结构的设计提供理论指导。      

基于神经网络的数据挖掘模型在吸能装置上的应用

针对传统有限元分析方法对机车车辆结构耐撞性计算效率低的问题，在已有仿真分析数据基础上，引入机器学习方法，对车辆关键结构的耐撞性以及碰撞安全性进行分析预测. 首先，建立基于神经网络的数据挖掘模型，在此基础上构建车辆关键结构的碰撞响应预测方法；其次，通过试验验证了防爬吸能装置有限元模型的正确性，以此模型为基础获得不同壁厚防爬吸能装置的碰撞响应仿真数据；然后，以吸能装置壁厚作为模型输入，不同壁厚所对应的位移、速度、界面力和内能等碰撞响应作为模型输出，将有限元仿真数据用于模型训练，优化后的数据挖掘模型的拟合优度在0.922以上；最后，为验证模型预测的准确性，将碰撞数学模型的预测结果与有限元仿真结果进行对比，速度、位移、界面力和内能的平均相对误差分别为7.10%、4.51%、6.20%和2.50%. 研究结果表明:基于神经网络构建的数据挖掘模型在保证精度的情况下，能很好地反映防爬吸能装置的碰撞特性，大幅降低了计算时间，提高了计算效率.