循环荷载作用下铁路道床的离散元分析

为研究高速有砟道床中存在的累积沉降变化规律,通过PFC离散元软件,建立一定级配的高速铁路散粒体有砟道床的三维离散元模型.选取循环荷载频率分别为5,10,20,30 Hz,荷载幅值为3,5 kN,共8种荷载工况进行数值模拟,分析了道床力学性能,探讨了循环荷载的频率和振幅对道床沉降的影响.研究结果表明:循环荷载频率不超过2...     

道砟嵌入路基土试样离散元虚拟三轴试验

采用离散元法(DEM)从宏细观角度研究了有砟轨道道砟嵌入对路基土变形特性的影响;基于三维结构光扫描系统对道砟颗粒外形进行重构,实现道砟颗粒的精细化建模;基于DEM软件PFC3D V6.0建立高度为600 mm、直径为300 mm的道砟嵌入试样与纯土试样三轴计算模型;通过有限差分法(FDM)与DEM耦合,实现三轴围压柔性加载,分别对2种试样进行三轴试验模拟;对比分析了道砟嵌入试样与纯土试样的模拟结果,明确道砟嵌入对路基土变形特性的影响。研究结果表明：围压为30 kPa时,道砟嵌入试样峰值强度为257 kPa,纯土试样峰值强度为199 kPa,相比于纯土试样,道砟嵌入会使土体承受荷载的能力降低;剪切结束时纯土试样体应变为-3.24%,道砟嵌入试样为-14.59%,道砟嵌入试样剪胀效应更为明显;纯土试样与道砟嵌入试样侧向变形机理不同,纯土试样中部产生鼓胀变形是因为其中部区域不受约束,颗粒可自由运动,道砟嵌入试样土样表层发生侧向鼓胀是因为道砟-土界面处发生的道砟嵌入对表层土颗粒向两侧挤压的排挤作用;2种试样土颗粒配位数变化趋势一致,均表现出随轴向应变先增加、后减小、最后趋于平缓的趋势,但纯土试...     

基于三维数值模拟的铁路路基动力特性分析

为探讨列车轴重和运行速度对土质路基动力特性的影响,用ANSYS与FLAC3D软件对有砟轨道-路基系统进行了三维动力数值模拟,在模拟过程中,利用滞后阻尼实现了土体在循环动荷载下的非线性特性.用该方法对达成线循环加载试验段的路基进行建模计算,所得路基动应力与现场实测数据有很好的一致性.在荷载振动频率与客车运行速度的转换过程中,取相邻车厢两个转向架的间距为相邻两个动应力波峰之间的距离,在此基础上,探讨了客车运行速度对土质路基动力性质的影响.研究表明:列车轴重和运行速度对路基表面动应力影响较大,随着轴重的增加和速度的提高,路基表面动应力呈马鞍形分布的趋势愈加明显;动应力沿路基深度的衰减规律受车速的影响很小,不同车速下的动应力在基床表层内都衰减了42%~46%,再经过基床底层的扩散,衰减值达79%~82%.      

铁路缓和式路堤的风沙流场数值模拟研究

沙漠地区的铁路时常面临风沙危害,常对列车的运行安全及维修造成严重影响,因此铁路沿线布置了多种风沙防护设施.缓和式路堤可能会减小风阻,使风沙快速流过路堤,因此其风沙流特性有待验证.以缓和式路堤为研究对象,采用欧拉双流体模型,以风速廓线作为边界条件,利用流体力学软件对比分析不同结构路堤周围的风沙流场,在此基础上揭示了不同摩阻风速对路堤积沙的影响.研究结果表明:各种路堤周围的流场均形成了减速区、回流区及加速区;在两侧下凹坡路堤的顶面出现较强涡流,最小风速是普通路堤的2.3倍,同时在路堤背风坡中部和回流区尾部之间形成长达45 m的回流区;两侧下凹坡结构有利于减弱风沙运动阻力,使这种路堤积沙量最少,比普通路堤低17.5%;当摩阻风速适中时,两侧下凹坡路堤顶部形成较强回流,输沙作用明显.因此,两侧下凹坡的缓和式路堤有助于风沙快速通过轨道,是一种输沙性能良好的路堤结构.     

风沙区铁路有碴道床动力特性的离散元模拟及参数优化设计

项目类型：青年科学基金项目 项目编号：50808027 项目摘要：针对风沙环境下铁路有碴道床在列车往复荷载下的非均匀沉降、弹性降低和拱道现象,采用离散元方法对沙粒一道碴混合颗粒系统的动力特性进行数值模拟,并依此进行道床设计的参数优化．为此,本申请项目将针对道碴颗粒的非规则形态和受压破碎特性,考虑颗粒间滑动与滚动摩擦的共同影响,     

针片状指数对道砟直剪力学特性的影响

为研究针片状道砟在破碎情况下对道砟散体直剪力学特性的影响,通过进行不同工况下道砟直剪试验,从道砟散体剪切强度、变形及破碎特性对试验结果进行分析.研究结果表明:(1)随着针片状指数增加,道砟散体直剪力学性能下降,包括抗剪强度和内摩擦角(100 kPa下当针状指数由0分别提高到20%、40%时,抗剪强度分别降低10.9%、16.8%;片状指数由0分别提高到20%、40%时,抗剪强度分别降低14.7%、22.3%;针、片状道砟总值由0分别提高到20%、40%时,抗剪强度分别降低12.4%、18.9%).(2)随着针片状道砟含量增加,试样剪缩和剪胀量均降低.(3)针片状道砟在直剪试验过程中易于发生破碎,且破碎类型多为整体断裂并伴随尖角破碎折断,显著影响有砟道床维修周期.     

铁路道碴瞬态电磁散射特性分析

引用离散随机媒质结构来模拟铁路道碴的分布情况,采用在ＦＤＴＤ法的差分网格中进行随机填充来实现铁路道碴的计算模拟模型,并求解其瞬态电磁散射场。通过对该散射场的处理,提取出道碴的非相关散射场,然后再对该非相关场进行分析,得出了可描述道碴分布状况的电磁参量。数值分析结果显示,该参量与道碴空隙率之间在一定范围内具有指数关系。这表明,用电磁方法来探测铁路道碴的空隙率是可能的。     

基于离散单元法的铁路板结道床动力特性分析

为研究铁路有砟道床板结对其自身动力特性的影响,利用离散单元法并考虑道砟颗粒的真实外形建立了板结道床的仿真分析模型,分析了脏污板结及板结程度对有砟道床动态响应的影响,并探讨了板结引起道床弹性损失、刚度变大的细观机理. 研究结果表明:道床板结会增大道床中道砟颗粒的振动水平,并且板结越严重影响越明显,板结可将道砟颗粒的振动加速度增大20%～30%;板结会加强列车荷载对道床的冲击作用,增大道砟颗粒之间的接触力容易引起道砟颗粒破碎劣化;板结会放大不同位置处道床工作性能的差异,增大道床刚度的不均匀性;道砟颗粒之间的脏污板结材质会抑制道砟颗粒的相对移动,可将道砟颗粒的滑动分数降低至正常的50%左右,减小列车荷载作用下道床整体的宏观变形,从而呈现出刚度增大的特性.      

青藏铁路路基热蠕变数值分析

青藏铁路的修建,彻底改变了路基下伏土体的热力学状态,加速了多年冻土的退化,导致铁路地基土中产生大片的、力学性质极不稳定的高温冻土层,从而影响铁路路基的结构稳定性.针对这一问题,应用热、力学(蠕变本构)的相关理论,采用数值计算的方法,计算分析了路基修建若干年后的温度、应力以及变形状况.     

杆系结构非线性静力分析的数值模拟

介绍了结构稳定和非线性分析的基本概念及其二者的关系，利用ANSYS对杆系结构的非线性静力问题进行了数值模拟，如结构稳定、几何非线性和物理非线性等，并说明了求解的基本过程和应注意的问题。通过大量计算分析及其与理论解的比较表明，ANSYS对这些问题的数值模拟具有很大的优越性，既可用于理论研究，又能指导工程设计和实践。     

高速铁路缓和曲线行车动力性能对比分析

针对三次抛物线、半波正弦和一波正弦3种线型的铁路缓和曲线,以不同的列车运行速度变化规律建立了3种不同的分析工况,理论计算了车体横向加速度时变率。利用铁道车辆系统动力学数值仿真软件,建立了具有93个自由度的单节高速车模型,同时考虑轨道不平顺的影响,仿真计算了车体横向加速度时变率,对比分析了3种不同工况下缓和曲线上车体横向加速度时变率的变化情况。结果表明,在未考虑轨道不平顺时,列车以变化的速度运行,半波正弦更具优势,在车站两端加减速地段可以考虑采用半波正弦型缓和曲线,以提高旅客乘坐舒适度：轨道不平顺对高速行车的安全性和平稳性影响很大,应严格控制轨道平顺性。     

高速铁路磨耗车轮与60N钢轨静态接触分析

随着车辆的运行,车轮踏面会出现不同程度的磨耗,为研究磨耗状态下车轮与钢轨之间的静态匹配性能,利用轮轨接触几何关系和非赫兹滚动接触理论,计算不同磨耗程度的车轮对轮轨接触几何参数和接触力学特性的影响,并与CHN60钢轨的计算结果进行对比.分析结果表明:轮对横移小于4 mm时,车轮磨耗程度越大,车轮上接触点的横向分布宽度越大,60N钢轨的接触点横向分布宽度明显小于CHN60钢轨,对提高车辆运行稳定性有利;车轮磨耗程度越大,轮轨磨耗指数越大,60N钢轨的轮轨磨耗指数较小,有利于轮轨廓形的保持能力.车轮磨耗程度越大,位于表面滚动接触疲劳区的范围越大,相比CHN60钢轨,60N钢轨位于表面滚动接触疲劳区的情况较少,相同条件下,能够减少轮轨滚动接触疲劳伤损的发生.      

兰新铁路路基温度场和水分场耦合数值分析

主要分析了兰新铁路冻害机理,阐述了铁路冻害主要影响因素是土质、水分和温度.考虑温度变化对水分迁移机理的作用,通过Geostudio软件建立温度场和水分场耦合模型,对兰新铁路路基进行水热耦合模拟和数值分析,得出一个冻融循环周期内冻土路基温度场和水分场的分布解.通过计算与实测数据可以得出在温度梯度条件下,水分发生了重分布现象,且是造成路基冻害的主要原因.同时结合兰新铁路的实际情况,提出了阻止水分迁移是解决路基冻胀的主要措施.     

铁路箱梁战时损伤数值模拟分析

以时速350km客运专线铁路无碴轨道后张法预应力混凝土简支箱梁为研究对象,基于ANSYS有限元分析软件平台,采用APDL语言编程来实现预应力混凝土箱形结构及其破损部位的数值模拟,通过与铁路桥梁规范的限值比较,对箱梁的顶板中间破坏、顶板翼缘破坏、顶板和底板同时破坏、腹板中间破坏、腹板和底板同时破坏等五种破坏形式分别予以安全评定。这对战时紧迫条件下采用何种技术处理措施,提高战时交通保障能力有着重要的理论意义和实用价值。     

矿区铁路下开采引发地基沉陷的数值分析

通过对邢台矿区铁路下开采的地表沉陷进行数值模拟分析的方法研究了采空区引起的地表变形特征,论证了地表变形规律,得出矿区铁路下开采地表沉陷主要分三个阶段,即下沉发展阶段、下沉充分阶段和下沉衰减阶段,这为进行该采空区地表沉陷处理奠定了理论基础。