[发明专利]高铁无砟轨道基床表层渗蚀有限元-离散元耦合评估方法

权利要求书

1.一种高铁无砟轨道基床表层渗蚀有限元-离散元耦合评估方法，其特征在于，所述高铁无砟轨道基床表层渗蚀有限元-离散元耦合评估方法包括：

通过COMSOL创建车辆-无砟轨道-饱和路基系统动力有限元模型，通过YADE软件创建基床表层离散元模型；

运行JAVA接口建立TCP连接python和COMSOL，YADE软件通过读取python脚本建立和修改基床表层离散元模型；

获取车辆-无砟轨道-饱和路基系统动力有限元模型的初始水力梯度；

将初始水力梯度导入基床表层离散元模型作为边界条件，计算所述基床表层离散元模型的第n-1步孔隙率以及基床表层离散元模型的形变，其中，第n-1步为第n次迭代的前一次，n为COMSOL和YADE软件之间传输数据进行计算的次数；且n为大于2的自然数；

读取第n-1步孔隙率以及所述基床表层离散元模型的外轮廓的几何尺寸；

统计YADE软件中基床表层离散元模型的脱空面积S1，YADE软件将所述第n-1步孔隙率以及所述基床表层离散元模型的外轮廓的几何尺寸发送至COMSOL，

COMSOL依据第n-1步孔隙率以及所述基床表层离散元模型的外轮廓的几何尺寸，

通过N＝S1/S2确定脱空率N，其中，S2为基床表层离散元模型的基床表层上表面面积；

根据脱空率N，调整接触功能中增广拉格朗日算法的惩罚因子；

根据上述n-1步孔隙率，COMSOL中按照输入的Kozenv-Garman公式计算车辆-无砟轨道-饱和路基系统动力有限元模型模型的渗透参数；

根据输入的Biot饱和土体u-P动力流固耦合方程，求得更新的第n步孔隙水压力和水力梯度，其中，u为土体颗粒位移，P为孔隙水压力，其中，所述渗透参数与所述Biot饱和土体u-P动力流固耦合方程关联；

将第n步水力梯度通过JAVA接口传递至python脚本，YADE软件读取python脚本，调整水力梯度计算n+1步孔隙率以及基床表层离散元模型的形变，由此完成一个数据相互迭代传输循环计算过程；

确定车辆-无砟轨道-饱和路基系统动力有限元模型的轨道路基的宏观响应参数；

将所述宏观响应参数与规范限值进行比较；

若宏观响应参数中的任意之一未超出规范限值，则判定对应的孔隙率变化量暂小于阈值，继续执行上述数据相互迭代传输循环计算过程，其中，所述车辆-无砟轨道-饱和路基系统动力有限元模型包括车体、轨道、底座板、基床表层和基床底层，所述宏观响应参数包括轨道路基的应力、位移以及加速度；

若宏观响应参数中的任意之一已超出规范限值，则判定基床表层细颗粒孔隙率变化量大于阈值，危及上部结构，停止计算，输出结果，获得基床表层细颗粒损失动态全过程。

2.根据权利要求1所述的高铁无砟轨道基床表层渗蚀有限元-离散元耦合评估方法，其特征在于，所述通过COMSOL创建车辆-无砟轨道-饱和路基系统动力有限元模型，通过YADE软件创建基床表层离散元模型的步骤，包括：

通过COMSOL创建车辆-无砟轨道-饱和路基系统动力有限元模型；

获取车辆-无砟轨道-饱和路基系统动力有限元模型的初始孔隙率；

基于初始孔隙率以及车辆-无砟轨道-饱和路基系统动力有限元模型中基床表层几何尺寸，建立YADE软件基床表层离散元模型。

3.根据权利要求1所述的高铁无砟轨道基床表层渗蚀有限元-离散元耦合评估方法，其特征在于，所述车辆-无砟轨道-饱和路基系统动力有限元模型包括车体、轨道、底座板、基床表层和基床底层；

基床表层的尺寸包括基床表层厚度、长度以及宽度；

所述基床表层离散元模型的尺寸与车辆-无砟轨道-饱和路基系统动力有限元模型中基床表层尺寸相同，基床表层离散元模型的初始状态的孔隙率与初始孔隙率相同；

所述车辆-无砟轨道-饱和路基系统动力有限元模型、基床表层离散元模型求解过程具有相同的迭代步数。

4.根据权利要求3所述的高铁无砟轨道基床表层渗蚀有限元-离散元耦合评估方法，其特征在于，所述车辆-无砟轨道-饱和路基系统动力有限元模型车体采用刚体，轨道、底座板、基床底层采用弹性介质，基床表层采用饱和两相介质。