高速鐵路車-軌-橋耦合系統(tǒng)是大型系統(tǒng)。通常情況下,精細化車橋模型自由度維數(shù)很大。輪軌的高頻接觸一般要求較小的計算時間步長。求解時有限元模型可能占用很多內(nèi)存且計算比較耗時。發(fā)展一種能夠保證較高計算精度且大幅度減少計算耗時的方法是非常必要的。基于輪軌豎向非線性接觸關(guān)系,提出一種新型通用的二維輪軌耦合單元模型,并在有限元OpenSees軟件平臺上實現(xiàn)。所提單元由輪節(jié)點和所有可能與之接觸的梁單元節(jié)點組成,通過建立和求解關(guān)于輪軌作用力的一元三次方程,得到輪軌之間的接觸力,計算由于輪軌相互作用產(chǎn)生的耦合單元各節(jié)點力,定義為單元內(nèi)力。將新型二維輪軌耦合單元模型與常見的列車、軌道和橋梁等模型聯(lián)合使用,利用OpenSees豐富的材料庫和單元庫,建立簡化的豎向車-軌-橋耦合系統(tǒng)模型,該模型求解時一般采用Newton-Raphson（NR）方法。與已有文獻計算結(jié)果對比,驗證了該單元模型的可靠性。該單元能夠模擬輪軌間非線性接觸,可考慮車輛跳軌、軌道不平順激勵和地震作用影響�；跀�(shù)值子結(jié)構(gòu)方法（NSM）,提出—種適用于豎向車-軌-橋耦合系統(tǒng)的高效計算方法。通過不同尺度單元網(wǎng)格劃分模型,將車-軌-橋耦合系統(tǒng)模型分... 

【文章來源】：廈門大學(xué)福建省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：113 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．１二維輪軌耦合單元模型及其所在位置示意圖??

％表示車輪節(jié)點豎向位移，Ｒ表示車輪節(jié)點豎向內(nèi)力，％￣％表示所有可能與車輪接觸的梁??單元節(jié)點位移，足？＆表示所有可能與車輪接觸的梁單元節(jié)點內(nèi)力。??如圖２．１?（ｂ）所示，在某一時刻？，車輪行進至單元尺處時，二維輪軌耦合單元節(jié)??點內(nèi)力和對應(yīng)剛度取值均為０，?節(jié)點內(nèi)力和對應(yīng)剛度取值不為０。因此，為方便推導(dǎo)計算，??我們將輪軌非接觸處的局部節(jié)點ａ，ｐ，ｇ定義為未激活節(jié)點，輪軌接觸處單元欠的局部節(jié)點??定義為激活節(jié)點。因此，激活的局部輪軌耦合單元自由度和節(jié)點內(nèi)力定義為：??ｕ?＝?［ｗ，?ｕ２?ｗ３?ｗ４?ｕ５?ｆ?（２．３）??Ｒ?＝?［／？，?Ｒ２?Ｒ３?Ｒ４?Ｒ５ｆ?（２．４）??如圖２．２所示，ｗ２?￣?ｗ５和孕？＆表示局部輪軌耦合單元激活節(jié)點對應(yīng)的位移和內(nèi)力。??ｉ?Ｉｔ！??＜

（Ｚ－ｘ）２（１?＋?２ｊｃ／＾）Ａ２??其中，ＮＴ＝?，如圖２．２所示，ｊｃ表示輪節(jié)點Ｗ與激活的輪下軌道梁左??ｘ２（ｌ?＋?２（Ｚ－＾）／ｌ）／Ｚ２??－（Ｌ－ｘ）ｘｉｌＬ２??節(jié)點／之間的水平距離，可通過；ｉＴ（〇求得，Ｉ表示輪下梁單元長度。??本文應(yīng)用赫茲非線性彈性接觸理論，如圖２．１?（ｂ），將車輪和軌道的接觸方式近似為赫茲??非線性彈簧連接。當赫茲彈簧剛度取值偏大時，輪軌間相對位移非常微小，即可將輪軌之間??的連接近似為剛性桿連接，模擬密貼接觸的情況；當赫茲彈簧取值正常時，輪軌之間的連接??視為正常的彈性接觸狀態(tài)，因此可同時考慮輪軌間嵌入和分離情況。豎向輪軌之間的作用力??與嵌入量之間的關(guān)系［３］為??丫?１?１３／２??Ｆｈ＝＼ｇ５＼，Ｓ＞〇?（２．６）??０?，Ｓ＜０??其中

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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[2]基于有限元軟件的分布式子結(jié)構(gòu)試驗方法[D]. 楊格.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2012
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