[发明专利]参数化建立季节冻土区铁路路基振动反应三维数值模型的方法

权利要求书

1.一种参数化建立季节冻土区铁路路基振动反应三维数值模型的方法，其特征在于：所述方法用于构建铁路路基有限单元为规则六面体网格单元，且边界为无限单元的数值模型，所述方法的实现过程为：

步骤S1、确定需要分析的铁路路基的几何尺寸，进行参数化设定以确定铁路路基几何尺寸，建立包括轨枕、道床、路基、场地的铁路路基三维几何模型，并对铁路路基三维几何模型进行体的剖分以便于网格划分；

设置铁路路基几何尺寸参数包括：

道砟厚度

设置路堤高度：包括分别设置基床表层厚度、基床底层厚度和路基底层厚度

设置路基宽度，

设置路堤坡度：可分别设置两侧路堤坡度，

场地宽度，

场地深度，

场地长度，通过定义轨枕数量实现；

步骤S2、基于步骤S1生成的铁路路基三维几何模型，通过输入模型各层材料热参数与热边界条件，并进行网格划分生成铁路路基温度场数值模型；

步骤S3、由铁路路基温度场数值模型进行温度场计算，提取铁路路基温度场计算结果；通过提取某一时刻路基温度场作为铁路路基振动反应数值模型初始场变量，实现模拟季节冻土区铁路路基在春季、夏季、秋季和冬季列车行驶引起的振动响应；

步骤S4、基于步骤S1生成的铁路路基三维几何模型，通过输入模型各层材料力学参数与力学边界条件，并进行网格划分生成铁路路基振动反应数值模型，铁路路基温度场数值模型与铁路路基振动反应数值模型网格划分需完全相同；将步骤S3所输出某一时刻温度场作为初始场变量，施加列车行驶引起各轨枕力时程作为载荷输入，计算该时刻列车行驶引起铁路路基振动反应；

步骤S5、输出典型节点及单元的应力、应变、振动加速度、速度、位移；

步骤S6、根据步骤S5对季节冻土区铁路路基振动反应特性及影响因素进行分析。

2.根据权利要求1所述的一种参数化建立季节冻土区铁路路基振动反应三维数值模型的方法，其特征在于：在步骤S2中，对路堤部分进行分层划分的方式为：路堤部分可划分三层，以区别基床表层、基床底层和路基底层材料性质。

3.根据权利要求2所述的一种参数化建立季节冻土区铁路路基振动反应三维数值模型的方法，其特征在于：在步骤S3中，具体剖分方式为：

①将无限元与有限元切开；②平行于轨道走向在路基中心、上下行线路中心、路堤坡顶、路堤坡脚、两次过渡单元、水平方向在与无限元单元相邻的有限单元处竖向切开；③垂直于轨道走向在路基中心、与无限元单元相邻的有限单元处、2次水平过渡区竖向切开；④轨枕两侧位置沿轨道走向切割道砟表面；⑤在竖向过渡单元位置、路基底部与无限元单元相邻的有限单元位置水平切割路堤。

4.根据权利要求3所述的一种参数化建立季节冻土区铁路路基振动反应三维数值模型的方法，其特征在于：在步骤S4中，网格划分方法为：无限单元区域和过渡区域采用SWEEP网格划分，其它区域采用STRUCTURED划分；SWEEP方向需定义扫掠方向，过渡区方向为由近轨道中心处指向远离轨道中心处，无限单元方向为由内指向外边界。

5.根据权利要求4所述的一种参数化建立季节冻土区铁路路基振动反应三维数值模型的方法，其特征在于：在步骤S4中，施加列车行驶引起各轨枕力时程，利用ABAQUS有限元软件求解器完成。