专利汇可以提供车辆-轨道-桥梁-地基基础耦合系统及其动力分析方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且车辆-轨道- 桥梁 -地基 基础 耦合系统,前处理模 块 由MATLAB车辆结构模块和MATLAB轨道不平顺样本曲线模块来实现,轨道-桥梁-地基基础模块是基于通用有限元 软件 来实现,所述轨道-桥梁-地基基础模块包含有轨道结构模型、线桥动 力 相互作用模型、桥梁结构模型、土-结构动力相互作用模型和地基基础模型;所述求解模块由MATLAB轮轨动力 接触 计算模块、MATLAB车辆系统动力计算模块和MATLAB轨道-桥梁-地基基础系统动力计算模块来实现,所述MATLAB轮轨动力接触计算模块由轨道动力接触模型来模拟;所述后处理模块由MATLAB计算数据储存及图形处理模块来实现,形成车辆-轨道-桥梁-地基基础耦合系统。,下面是车辆-轨道-桥梁-地基基础耦合系统及其动力分析方法专利的具体信息内容。
1.车辆-轨道-桥梁-地基基础耦合系统,其特征在于:包括车辆结构模型模块、轨道结构模型模块、桥梁结构模型模块、地基基础模型模块、车轮和轨道钢轨之间的轮轨动力接触模型模块、轨道和桥梁之间的线桥动力相互作用模型模块以及桥梁和地基之间的土-结构动力相互作用模型模块,TRBF-DYNA控制模块控制前处理模块、求解模块和后处理模块,其中所述前处理模块由MATLAB车辆结构模块和MATLAB轨道不平顺样本曲线模块来实现,轨道-桥梁-地基基础模块是基于通用有限元软件来实现,所述轨道-桥梁-地基基础模块包含有轨道结构模型、线桥动力相互作用模型、桥梁结构模型、土-结构动力相互作用模型和地基基础模型;
所述求解模块由MATLAB轮轨动力接触计算模块、MATLAB车辆系统动力计算模块和MATLAB轨道-桥梁-地基基础系统动力计算模块来实现,所述MATLAB轮轨动力接触计算模块由轨道动力接触模型来模拟;
所述后处理模块由MATLAB计算数据储存及图形处理模块来实现,形成车辆-轨道-桥梁-地基基础耦合系统;
利用MATLAB自编程序模块来完成车辆结构的建模和轮轨之间的动力接触模拟,利用通用有限元软件模块来完成轨道结构、桥梁结构和地基基础的建模以及轨道-桥梁之间的动力相互作用和桥梁-地基基础之间的动力相互作用模拟,再利用自主开发的接口和控制程序TRBF-DYNA实现MATLAB模块和ANSYS模块的连接、系统矩阵组装、数据存储控制、并行耦合求解以及通过迭代技术控制求解精度,迭代技术控制求解精度是指通过设定位移和力的收敛准则,在每一步计算完成后,比对车辆系统和轨道-桥梁-地基基础耦合系统之间位移、轮轨作用力是否满足收敛准则确定是否结束当前计算步的耦合计算;
车辆结构建模:利用MATLAB模块来完成车辆结构的建模,求解后得到车体加速度、轮轨作用力、脱轨系数以及轮重减载率四种关键动力学指标;车辆结构建模中,对车辆的车体、转向架、轮对采用实际尺寸和材料属性建模,考虑动力荷载作用下车辆各个部分的柔性变形,其中车体采用板单元建模、转向架采用梁单元建模、轮对采用板单元建模。
2.根据权利要求1所述的车辆-轨道-桥梁-地基基础耦合系统,其特征在于:所述MATLAB前处理模块用来构建车辆动力学方程和根据输入的轨道谱生成轨道不平顺样本点;
所述通用有限元模块根据轨道参数、线桥动力相互作用模型、桥梁结构参数、土-结构动力相互作用模型以及地基基础参数构建轨道-桥梁-地基基础有限元模型,并导出有限元模型质量、刚度、阻尼和边界条件参数。
3.根据权利要求1所述的车辆-轨道-桥梁-地基基础耦合系统,其特征在于:所述MATLAB轮轨力计算模块是根据轮轨接触状态计算轮轨接触点处的接触力以及接触运动状态;所述MATLAB车辆系统动力计算模块首先读取轮轨接触力和接触运动状态,并把其作为外力和边界条件求解车辆系统动力方程;所述MATLAB轨道-桥梁-地基基础系统动力计算模块首先读取轮轨接触力和接触运动状态,并把其作为外力和边界条件求解轨道-桥梁-地基基础系统动力方程。
4.根据权利要求1所述的车辆-轨道-桥梁-地基基础耦合系统,其特征在于:所述MATLAB计算数据存储及图形处理模块用来显示计算过程中车辆实时动画、轮轨接触状态、轨道-桥梁-地基基础系统的实时动画以及计算完成后对车辆-轨道-桥梁-地基基础耦合系统动力分析数据进行存储,并显示动力时程曲线。
5.根据权利要求1所述的车辆-轨道-桥梁-地基基础耦合系统,其特征在于:所述车辆结构模型采用刚体动力学建模的多自由度车辆结构模型,或者采用考虑车体各部件柔性的多自由度有限元模型;
所述轨道结构模型为有砟轨道模型或者无砟轨道模型,其中钢轨采用标准的50kg钢轨、60kg钢轨,或者采用自定义的任意形状钢轨;
所述桥梁结构模型采用型钢-混凝土组合梁桥模型、钢筋混凝土简支梁桥模型、钢筋混凝土连续梁桥模型、钢筋混凝土拱桥模型、钢筋混凝土悬索桥模型、钢筋混凝土斜拉桥模型、钢箱简支梁模型、钢箱拱桥模型、钢箱悬索桥模型或者钢箱斜拉桥模型;
所述地基基础模型采用桩基-土体模型或者天然基础-土体模型;
所述轮轨动力接触模型采用不考虑轮轨分离的密贴接触模型、考虑轮轨分离的单点接触模型或者考虑轮轨分离的多点接触模型;
所述车辆结构模型和所述轮轨动力接触模型采用MATLAB模块完成;轨道结构模型、桥梁结构模型、地基基础模型、线桥动力相互作用模型和土-结构动力相互作用模型采用通用有限元软件模块完成;在上述建模工作的基础上,接口和控制程序TRBF-DYNA通过MATLAB模块和通用有限元软件模块实现车辆、轨道、桥梁和地基基础之间的相互连接和耦合求解。
6.应用于权利要求1所述系统上的车辆-轨道-桥梁-地基基础耦合系统动力分析方法,其特征在于:包括:
轨道不平顺样本曲线:利用MATLAB模块来完成轨道不平顺样本曲线生成,可以生成轨道竖向不平顺、横向不平顺、方向不平顺、高低不平顺、轨距不平顺样本曲线;
轨道结构建模:利用通用有限元软件模块来完成轨道结构的建模,求解后得到钢轨结构和轨道板结构的振动加速度、速度、动位移三种关键动力学指标;
桥梁结构建模:利用通用有限元软件模块来完成桥梁结构的建模,求解后得到桥梁结构的振动加速度、速度、动位移三种关键动力学指标;
地基基础建模:利用通用有限元软件模块来完成地基基础的建模,求解后得到地基基础的振动加速度、速度、动位移三种关键动力学指标;
耦合求解:在上述建模工作的基础上,分析轮轨之间的动力相互作用、轨道与桥梁之间的动力相互作用、桥梁与地基基础之间的动力相互作用,利用相应接口和控制程序TRBF-DYNA模块实现MATLAB模块和通用有限元模块的连接、系统矩阵组装、数据存储控制、并行耦合求解技术以及迭代技术控制求解精度。
7.根据权利要求6所述的车辆-轨道-桥梁-地基基础耦合系统动力分析方法,其特征在于:车辆结构建模中,车辆采用刚体动力学建模,将车体、转向架、轮对看成刚体,由振动车体和前后转向架的沉浮、点头、横移、侧滚和摇头运动特征,以及每一轮对的沉浮、横移、侧滚和摇头运动特征进行整车结构的模拟;根据所分析问题的复杂程度,车辆可以忽略其中某些自由度,形成简化的车辆分析模型。
8.根据权利要求6所述的车辆-轨道-桥梁-地基基础耦合系统动力分析方法,其特征在于:所述轨道不平顺样本曲线中,根据轨道谱生成的模拟轨道不平顺样本曲线,或者用户根据实测输入的样本曲线。
9.根据权利要求6所述的车辆-轨道-桥梁-地基基础耦合系统动力分析方法,其特征在于:轨道结构建模中,钢轨采用空间梁单元按实际截面属性进行建模;扣件采用弹簧-阻尼单元进行建模;轨下橡胶垫板采用弹簧阻尼单元建模;对于有砟轨道,轨枕采用空间梁单元模拟,道床采用Winkler地基模拟;对于无砟轨道,轨道板采用空间板单元模拟,轨道板下支撑采用弹簧-阻尼单元模拟;或者所述桥梁结构建模中,根据桥梁结构的力学特性,对桥梁结构进行合理简化,采用板单元、梁单元、弹簧-阻尼器单元和杆单元混合建模的方式模拟桥梁结构的各个不同结构构件;或者所述地基基础建模中,桩基采用空间梁单元模拟,土体采用三维实体单元模拟;或者所述地基基础建模中,根据地基基础的动力阻抗,采用弹簧-阻尼器分别模拟地基基础对桥梁结构中桥墩底部的约束,地基基础对桥梁结构中桥墩底部的约束包括水平动力阻抗、竖向动力阻抗和转动动力阻抗;如果场地土足够刚性,可以忽略地基基础动力阻抗,对桥墩底部实施刚性约束;或者耦合求解中,轨道与桥梁之间的动力相互作用是指根据不同的连接形式确定相应的刚度和阻尼参数,通过弹簧-阻尼单元进行模拟;或者在耦合求解中,轮轨之间的动力相互作用以轮轨动力接触的方式体现,对轨面和踏面形状进行离散,采用空间迹线法确定轮轨空间接触几何关系,采用全轮廓搜索法确定轮轨踏面接触点,从而满足动态轮轨接触复杂性要求;或者在耦合求解中,系统矩阵组装为车辆系统矩阵组装或者轨道-桥梁-地基基础系统组装;车辆系统组装是先根据确定车辆各个自由度的刚度和阻尼系数,进而根据弹性势能原理采用对号入座法则组装每节车的刚度矩阵,最后根据车辆系统中每节车的位置,组成车辆系统矩阵;或者在所述耦合求解中,数据存储控制是指根据计算机的内存大小以及车辆-轨道-桥梁-地基基础耦合系统的模型复杂程度,选择用全矩阵导入和全矩阵存储方式,或者选择用全矩阵导入和稀疏矩阵存储方式,或者选择用稀疏矩阵导入和稀疏矩阵存储;对计算结果可全部存储,也可选择部分数据进行存储;或者在耦合求解中,并行耦合求解技术是指利用并行技术,在每一步计算过程中将轮轨动力接触计算平均分配到计算机CPU的每一个内核进行并行计算,提高计算效率;或者在耦合求解中,基于刚体动力学的车辆模型全部由MATLAB模块生成,MATLAB模块包含了车辆结构建模所需的全部信息,所述车辆结构建模所需的全部信息包括车辆结构自由度的分配以及车辆各个部分的质量、刚度和阻尼参数;考虑车辆各部分柔性特征的车辆模型由通用有限元软件模块生成并导出质量矩阵、刚度矩阵、阻尼矩阵数据,由编制的MATLAB接口程序读入数据,通用有限元软件模块包含了车辆结构建模所需的全部信息包括自由度的分配、车体、转向架、轮对、一系悬挂系统的质量、二系悬挂系统的质量、刚度、阻尼、弹性模量和构件尺寸参数;或者在耦合求解中,通用有限元模块包含了轨道结构、桥梁结构和地基基础结构建模所需的全部信息,轨道结构、桥梁结构和地基基础建模所需的信息包括自由度的分配以及各子结构的质量、刚度、阻尼、弹性模量和构件尺寸参数;或者在耦合求解中,接口和控制程序TRBF-DYNA通过MATLAB模块和通用有限元模块完成车辆和轨道的耦合,判断轮轨相对位置,确定轮轨接触状态,计算轮轨相互作用力,并对所组成的车辆-轨道-桥梁-地基基础耦合系统进行迭代求解,从而得到系统各部分的动力响应;或者在耦合求解中,通过轮轨关系将车辆模型和轨道-桥梁-地基基础模型耦合形成车辆-桥梁-地基基础耦合系统动力方程,在MATLAB模块中采用隐式数值积分和显式数值积分相结合的方式求解耦合系统动力方程。
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