[发明专利]一种客货共线双块式无砟轨道伤损分析的方法及系统

说明书

本发明公开一种客货共线双块式无砟轨道伤损分析的方法及系统，用于无砟轨道的伤损分析研究。所述的方法包括以下步骤：明确客货共线双块式无砟轨道主体结构特点、材料形式；基于规范、文献和试验获得无砟轨道各组成材料塑性损伤本构关系；计算建立耦合模型所需的塑性损伤参数；结合有限元软件建立试块仿真模型反向验证参数的准确性；将参数赋予耦合模型；基于耦合模型进行后续仿真计算和伤损分析。本方法及系统充分考虑客货共线线路的特点，结合有限元法，成功将混凝土塑性损伤本构理论应用到铁路无砟轨道非线性分析中，填补了客货共线双块式无砟轨道伤损分析理论模型的空白，具有通用、易实现、精确度高、伤损分析指标直观易懂等优点。

技术领域

本发明涉及客货共线无砟轨道领域，特别是涉及一种客货共线双块式无砟轨道伤损分析的方法及系统。

背景技术

铁路在我国交通运输中一直起主导作用，承担着全国近70％的货运量和60％的客运量，并长期处于超负荷运输状态。为了缓解铁路运输压力，我国积极对既有线路进行大面积改造提速的同时，并大量修建客运专线。部分既有线路提速改造完成后及在客专线路运营的初期，都将采用客货共线的模式运输。我国客货共线线路除了遂渝线无砟轨道综合试验段以外，正线一般采用有砟轨道，在有条件的隧道和桥梁地段采用无砟轨道。

客货共线运输无砟轨道主要是以双块式、长枕埋入式和轨下弹性支承方式为主的无砟轨道结构型式。由于客车与货车的轴重、行车速度和动力学特性均不相同，隧道内道床板与下面仰拱或基础形成刚性连接，致使货运机车车辆对无砟轨道扰动影响更加复杂，进而也加剧了无砟轨道轨枕和道床板的损伤破坏，影响无砟轨道的平顺性及演变规律，对客货运输的安全性造成重大影响。

目前针对无砟轨道损伤破坏研究大多基于线弹性分析模型，通过预设轨道结构几何缺陷或采用非线性失效弹簧等手段，模拟轨道结构病害产生机理及其对车辆轨道系统性能的影响。既有研究亦有基于扩展有限元法、内聚力模型等对无砟轨道损伤病害机理进行研究，但均存在着一定的不足。如扩展有限元法是基于断裂力学，主要研究裂纹产生及发展的一种模拟手段，不能反映宏观裂纹产生前细观损伤过程，而且往往需要预设初始裂纹，不能反映病害产生的随机性；内聚力模型则主要针对层间损伤及破坏进行研究，针对性较强。鉴于客货共线双块式无砟轨道荷载作用形式和损伤特性更为复杂，所以迫切需要建立一种适用于客货共线的可全面考虑无砟轨随机损伤破坏的非线性分析模型，以满足客货共线无砟轨道伤损分析需求。

本专利提出了一种适用于客货共线双块式无砟轨道伤损分析的方法及系统，该方法及系统充分考虑了客货共线线路的特点和双块式无砟轨道各组成材料的弹塑性损伤本构关系，能够准确反映无砟轨道各材料的非线性和随机损伤特性，可全面有效研究无砟轨道道床板、支承层、桥梁以及隧道部分结构随机损伤、累积及演变规律，可为客货共线无砟轨道结构服役状态和养修技术研究提供理论支撑。该方法及系统既可用于静力致损伤分析，也可用于动力致损伤分析，具有通用、易实现、精确度高、伤损分析指标直观易懂等优点。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种客货共线双块式无砟轨道伤损分析的方法，本发明的另一个目的在于提供一种客货共线双块式无砟轨道伤损分析的系统，以解决现有技术中的分线性分析模型无法全面考虑无砟轨道随机损伤破坏的问题。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

本发明一方面公开了一种客货共线双块式无砟轨道伤损分析的方法，包括

确定客货共线轨道的主体结构和材料，根据规范及试验得到塑性损伤本构关系；

通过所述塑性损伤本构关系计算得到塑性损伤参数；

建立双块式无砟轨道空间耦合模型；

将所述塑性损伤参数代入所述双块式无砟轨道空间耦合模型得到客货共线双块式无砟轨道空间耦合模型；

利用得到的所述客货共线双块式无砟轨道空间耦合模型进行损伤分析和计算。