列车-轨道-地基土耦合系统三维随机振动的多GPU并行计算方法

针对列车-轨道-地基土耦合系统随机计算效率低的问题,本文提出了基于多GPU的列车-轨道-地基土随机振动方程的高效并行计算方法。基于OpenMP-CUDA混编技术将虚拟激励法不同频点下的多个线性方程组求解任务分配给多个GPU并行执行;在每块GPU上,采用基于CUDA的预处理共轭梯度法(PCG)并行求解对称正定的等效静力平衡方程。针对耦合系统等效刚度矩阵的稀疏特性,采用行压缩(CSR)格式存储大型稀疏矩阵以节省内存空间。最终通过MATLAB-CUDA混合平台开发并行计算程序,解决了随机振动分析中多个线性方程组串行求解效率低的难题。数值算例表明,基于四GPU节点的多GPU并行算法和单GPU加速PCG算法的计算效率是串行多点同步算法(MPSA)计算效率的22.59倍和3.75倍。

高速铁路双线路基动应力的特性研究

双线路基是高速铁路路基中常见的一种形式,其动应力的特性研究至关重要。建立了列车-轨道-双线路基三维有限元模型,并在两股钢轨上添加了两种典型的高低不平顺谱。通过数值计算,得到了两种轨道不平顺谱及三种列车运行速度下路基动应力沿纵向的分布,统计了不同深度处路基动应力的均值及变异系数,并给出了均值的拟合公式。最后,对两种轨道不平顺谱下路基动应力的概率分布型式进行了验证。利用柯尔莫哥洛夫检验方法,证明了轨道不平顺谱下路基动应力近似服从对数正态分布。

列车移动荷载作用下饱和地基的地面振动特性分析

基于饱和土的Biot波动方程和边界条件,利用Fourier变换和Galerkin法推导出频域内的u-w格式的2.5维有限元方程。把轨道视为饱和地基上的Euler梁,通过沿轨道方向的波数变换将三维空间问题降为平面应变问题。通过解方程首先获得饱和土体频域-波数域的位移解答,然后通过快速Fourier逆变换求得三维时域-空间域内的位移解答。通过计算实例验证了计算模型。建立轨道-地基模型,对饱和地基上列车运行引起的地面振动进行了分析,详细讨论了动力渗透系数、孔隙率、土骨架密度和剪切波速等参数对地面振动传播与衰减的影响规律分析。研究表明:在垂直轨道方向,随着与轨道中心距离增加,加速度幅值和主频迅速衰减;饱和土体动力渗透系数、孔隙率、剪切波速和土骨架密度对地表位移幅值均有较大的影响。

高速铁路路基振动传播的研究

本文主要通过建立一轨道耦合动力学模，在计算机模拟高速列车通过时的过程，得到不同车速条件下的列车荷载时程，然后利用ＳｕｐｅｒＳａｐ程序建立路基有限元模型并分析其在高速列车荷载作用下的振动特性。

路基基床动应力响应特征的数值模拟研究

以朔黄重载铁路为工程背景,运用ABAQUS软件建立车辆-轨道-路基相互作用有限元模型,分析重载列车运行下基床的动力响应特性,引入典型轨道谱分析轨道高低不平顺对基床动力响应的影响。结果表明:随着深度的增加,基床表面以下动应力横向分布由双峰型逐渐转变为单峰型;相邻车厢转向架通过时,基床表面处动应力存在明显的叠加效应;基床不同位置处动应力峰值基本随列车轴重的增加线性增大;既有重载铁路基床厚度设计标准(2.5m)尚难以适应运行轴重30t及以上重载列车;轨道高低不平顺使路基内动力响应加剧,不同位置处路基面动应力差异增大。根据三倍标准差原理,用正态分布函数估算重载列车和轨道高低不平顺共同作用下路基面处的最大动应力。研究结果可为重载铁路路基设计及既有线扩能改造提供参考。

高速铁路路堑岩质边坡的动力响应分析

为了解决高速列车振动引起的岩质边坡动力响应问题,结合秦-沈客运专线路堑岩质边坡工程实例,建立了轨道-路基-岩质边坡系统动力有限元模型;采用编制的动力分析程序,对不同列车运行速度下路堑岩质边坡的动力响应进行了数值计算,取得了高速列车振动荷载作用下路堑岩质边坡动力响应的分布规律。结果表明,动力响应主要发生在列车振动源周围5 m范围之内,最大值发生在边坡底部;随着列车运行速度的增大,边坡底部动力响应的增幅最大,且各响应中振动加速度的增幅最大。

层间离缝对市域铁路新型装配式轨道力学性能影响

针对市域铁路路基地段新型装配式轨道层间离缝病害,建立可考虑轨道结构各部件复杂相互作用关系的列车-轨道-路基耦合分析模型,从静力和动力的角度研究自密实混凝土层与底座板之间存在不同离缝工况时对轨道结构力学响应。研究结果表明:当离缝长度未超过0.85 m时,轮轨垂向力、列车垂向加速度等轨道结构的动力响应指标变化较为平缓,离缝长度一旦超过0.85 m,各指标的变化量迅速增加,其中对列车垂向加速度、轨道板的动力效应影响最大。当离缝宽度未发展到钢轨下方时,各指标变化量很小,一旦超过钢轨下方,各项指标呈现指数增长变化趋势。离缝的存在严重影响了车辆运行的平稳性和安全性以及轨道结构的耐久性和整体性,需要及时进行养护维修。