运行条件下车辆⁃轨道⁃路基⁃地基强耦合大系统振动变形精细化分析方法

目前国内外用于模拟路基上车辆运行的动力学主流模型有多刚体线弹性模型和多刚体与实体混合模型两类,为克服两类模型的不足,采用精细化建模技术,开发了强非线性强耦合全柔性的车辆⁃轨道⁃路基⁃地基一体化模型,提出了相应的动力学分析方法.该分析方法先模拟场地初始地应力场,而后仿真路基分层填筑和轨道系统的铺设,以此作为车辆运行的起始条件;采用轮轨三维弹塑性滚动接触算法,考虑钢轨整个顶面存在的随机不平顺,在时域内表征车轮与钢轨的动力相互作用;以精度高、鲁棒性好的三维黏弹性静⁃动力统一人工边界模拟无限地基的辐射阻尼和弹性恢复性能;采用经过验证的加速策略来模拟车辆从静止加速到期望速度、并在此后保持该速度恒定运行的完整过程.该方法解决了在具有初始应力应变条件和波动边界条件下路基上车辆运行三维精细化模拟的难题.以路基为例探究了车辆⁃轨道⁃路基⁃地基大系统的振动变形特性,模拟结果验证了该方法的合理性.该分析方法还可用于高速铁路、地铁和重载铁路等领域中,开展车辆与轨道和线下结构(隧道、桥梁和过渡段等)的耦合动力学研究.