[发明专利]基于联合仿真的桥上无砟道岔结构系统及其动力分析方法

权利要求书

1.一种基于联合仿真的桥上无砟道岔结构系统，其特征在于：该系统包括：车辆模型、道岔模型、轨道及桥梁子结构模型；以及车辆和道岔之间的轮轨耦合接触模型、道岔和桥梁之间的轨道支承模型；所述道岔模型为无砟轨道道岔模型，所述轨道及桥梁子结构模型包括钢轨模型、轨道板模型、简支梁桥模型和连续梁桥模型；

所述车辆模型采用SIMPACK软件完成；所述道岔模型首先制作道岔截面离散数据文件，然后由SIMPACK软件轮轨模块还原成具有实际道岔截面特征的变截面道岔模型；所述轨道及桥梁子结构模型采用ABAQUS软件完成，然后通过SIMPACK软件的FEMBS模块导入SIMPACK软件环境；在上述建模工作的基础上，所述轮轨耦合接触模型和轨道支承模型在SIMPACK软件中实现车辆、道岔、桥梁之间的相互连接和耦合求解。

2.一种基于联合仿真的桥上无砟道岔结构系统动力分析方法，其特征在于：该方法包括：

车辆建模：利用SIMPACK软件来完成多刚体车辆结构的建模，求解后得到车体加速度、轮轨作用力、脱轨系数以及轮重减载率四种关键动力学指标；

道岔建模：根据实际的道岔截面图纸，制作截面数据文件，利用SIMAPCK软件对截面沿轨道纵向进行插值计算，建立变截面道岔模型；ABAQUS软件建立钢轨、道岔板等实体结构模型，求解后得到道岔尖轨、心轨的开口量；

轨道及桥梁子结构建模：利用ABAQUS软件来完成钢轨、无砟轨道、桥梁结构的建模并生成子结构模型，通过SIMPACK软件的FEMBS模块导入SIMPACK软件，求解后得到钢轨、轨道板、桥梁结构的振动加速度、动位移两种关键动力学指标；以及，

耦合求解：在上述建模工作的基础上，分析车岔之间的动力相互作用以及道岔与桥梁之间的动力相互作用，在SIMPACK软件中利用相应力元和移动标记建立轮轨耦合接触模型和轨道支承模型，实现车辆模型、道岔模型、桥梁模型的连接和耦合求解。

3.根据权利要求2所述的桥上无砟道岔结构系统动力分析方法，其特征在于：所述车辆建模中，针对车体、前后转向架、以及每一轮对的空间自由度进行整车结构的模拟。

4.根据权利要求2所述的桥上无砟道岔结构系统动力分析方法，其特征在于：所述道岔建模中，根据道岔的实际轨头轮廓，通过编程离散成道岔轨头截面数据文件，根据截面数据文件，通过插值计算建立道岔结构模型；所述道岔轨头截面，包括道岔基本轨截面、尖轨截面、心轨截面、护轨截面。

5.根据权利要求2所述的桥上无砟道岔结构系统动力分析方法，其特征在于：所述轨道及桥梁子结构建模中，钢轨采用梁单元，轨道板采用空间实体单元，桥梁采用空间实体单元进行模拟。

6.根据权利要求2所述的桥上无砟道岔结构系统动力分析方法，其特征在于：在所述耦合求解中，所述轮轨耦合接触模型，对轨面和车轮踏面形状进行离散，由SIMPACK软件采用赫兹接触模型确定轮轨空间接触几何关系，通过在SIMPACK软件中建立哑元实现刚体车轮模型与柔性体钢轨模型的耦合接触，所述哑元为一质量和惯性趋近于零的虚拟物体，满足力平衡条件和变形协调条件，对系统动力学特性没有影响，仅起传递轮轨力的作用，从而满足岔区轮轨接触的复杂性要求并实现刚柔耦合接触；所述轨道支承模型是指，根据不同的连接型式确定相应的刚度和阻尼参数，通过弹簧-阻尼单元模拟道岔与桥梁之间的动力相互作用。

7.根据权利要求2所述的桥上无砟道岔结构系统动力分析方法，其特征在于：在所述耦合求解中，所述轮轨耦合接触模型和所述轨道支承模型完成车辆、道岔、桥梁模型的耦合，由SIMPACK软件的时域积分模块确定轮轨接触状态，计算轮轨相互作用力，并对所组成的车辆-道岔-桥梁空间耦合系统进行求解，从而得到系统各部分的动力响应。

8.根据权利要求2至7中任意一项权利要求所述的桥上无砟道岔结构系统动力分析方法，其特征在于：所述道岔为无砟轨道道岔，所述桥梁包括简支梁桥和连续梁桥。