(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211226497.X (22)申请日 2022.10.09 (71)申请人 太原理工大 学 地址 030024 山西省太原市万柏林区迎泽 西大街79号 (72)发明人 王旭东　张建林　姚鑫琨　 (74)专利代理 机构 太原市科瑞达专利代理有限 公司 14101 专利代理师 赵禛 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 30/13(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 基于CRTS Ⅰ型板式无砟轨道垂向动力学子系 统建模 (57)摘要 本发明涉及一种基于CRTS Ⅰ型板式无砟轨道 垂向动力学子系统建模， 属于动力学建模及仿真 技术领域， 包括以下步骤： (1)提取动力学分析所 需参量； (2)对轨道子系统进行整合并建立动力 学分析方程； (3)参数分析， 设定每一参量所对应 的分析参数值， 如几何尺寸、 刚度、 阻尼等； (4)建 立垂向动力学模型， 其能够基于有限元软件 ABAQUS的前处理模块， 创建CRTS Ⅰ型板式无砟轨 道的垂向动力学模型并分析。 本发明具有精度 高、 功能强、 参数容易确定、 计算简便等优点， 且 能够充分地考虑与所研究问题密切相关的影响 因素。 权利要求书1页 说明书5页 附图2页 CN 115293009 A 2022.11.04 CN 115293009 A 1.基于CRTSⅠ型板式无砟轨道 垂向动力学子系统建模， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1.选定待分析的CRTS Ⅰ板式无砟轨道模型所包含的分析参量， 所述分析参量包括钢 轨、 扣件、 轨道板、 CA砂浆层、 混凝 土底座和沥青混凝 土层， 其中： 钢轨采用连续弹性离 散点支承的Euler梁； 轨道板、 混凝 土底座只考虑垂向振动； 将CRTSⅠ型板式无砟轨道结构近似处理为 “梁”进行建模， 将钢轨与轨道板之间的 “扣 件”、 轨道板与混凝土底座之间的 “CA砂浆层 ”、 混凝土底 座与路基之间的 “沥青混凝土层 ”均 近似处理为“弹簧‑阻尼单元”； S2.对轨道子系统进行整合并建立动力学分析方程： 将轨道结构分为钢轨 ‑扣件、 轨道 板‑CA砂浆层、 混凝土底座 ‑沥青混凝土层三层结构， 并对所述三层结构进 行动力学建模， 通 过动力学 方程简化方法建立动力学 方程： 所述钢轨 ‑扣件层的振动微分方程 为： 式中： 为钢轨的竖向挠度， 即钢轨的振动位移， 为轨道板竖向位移； Fi为轮载力； 为Dirac函数， 为列车行驶过的位移量， Dirac函数表示在除了零以外 的点函数的取 值均为“0”， 而且在整个定义域上的积分等于 “1”， 式 （1） 中表 示轮载力作为一个集中力作用 在当前钢轨段的分布密度； 为钢轨抗弯刚度， 为钢轨单位质量， 、 分别为扣件的 阻尼、 刚度； 所述轨道板 ‑CA砂浆层的振动微分方程 为： 式中： 为混凝土底座的垂向位移； 为轨道板的抗弯刚度； 为轨道板单位 质量， 、 分别为整合层的刚度和砂浆层的阻尼； 所述混凝 土底座‑沥青混凝 土层的振动微分方程 为： 式中： 为基床表层垂向位移； 为混凝土底座的抗弯刚度； 为混凝土底座单 位质量， 、 分别为整合层的刚度和沥青混凝 土层的阻尼； 通过式 （1） 、 （2） 、 （3） 得到CRTS Ⅰ型板式无砟轨道结构近似处理为 “梁”的振动微分方程 组； S3.参数分析， 设定每一 参量所对应的分析参数值， 包括几何尺寸、 刚度以及阻尼等； S4.建立垂向动力学模型， 其中钢轨近似处理为 “梁单元”进行离散， 采用质量单元模拟 轨道板、 混凝土底座， 将钢轨与轨道板之间的 “扣件”、 轨道板与混凝土底座之间的 “CA砂浆 层”、 混凝土底座与路基之间的 “沥青混凝 土层”均近似处 理为“弹簧‑阻尼单元”进行模拟。 2.根据权利要求1所述的基于CRTS Ⅰ型板式无砟轨道垂向动力学子系统建模， 其特征在 于： 在所述 步骤S3中， 所述分析参数值依据经验数据获得， 或者 通过实地测量得到 。权　利　要　求　书 1/1 页 2 CN 115293009 A 2基于CRTS Ⅰ型板式无砟轨道垂向动力学子系统建模 技术领域 [0001]本发明属于动力学建模及仿真技术领域， 具体涉及一种适用高速铁路的基于C RTS Ⅰ型板式无砟轨道 垂向动力学子系统建模。 背景技术 [0002]随着客运高速化和货运重载化的发展， 铁路运输在交通运输体系中的地位越来越 重要。 而轨道结构作为铁路运输的基础， 在列车荷载的反复作用下， 往往会出现扣件失效、 轨道板破裂、 CA砂浆层 脱空等不利缺陷。 这些缺陷的存在 对列车的安全运行非常不利， 并极 大地加速 了轨道结构的破坏， 降低其使用寿命。 [0003]由于轨道是铁路的主要技术设备之一， 是行车的基础， 它直接承受由车轮传来的 荷载， 并将其传送给路基、 桥梁、 隧道等建筑物， 同时还起着引导机车车辆平稳安全运行 的 作用。 因此随着 铁路技术的不断发展， 轨道结构也在不断的改进和创新， 最近几年伴随着高 速铁路技术的发展， 诞 生了无砟轨道 技术， 其中CRTS Ⅰ型板式无砟轨道主要由钢轨、 扣件、 轨 道板、 CA砂浆层、 混凝土底座、 沥青混凝土层等其它附属设备组成。 无砟轨道模型历经了形 式上由简 到繁、 功能上由少到多的发展过程， 总的来说可分为长枕埋入式无砟轨道模型、 弹 性支承块式无砟轨道模型、 板式无砟轨道模型等； 现有的仿真建模方法或者存在模型较为 复杂， 应用较少； 或存在无法考虑轨道结构的不均性和不平 顺， 不能用来研究轨道缺陷对轨 道振动的影响等 弊端。 发明内容 [0004]为了克服现有技术 的不足， 本发明提供一种适用高速铁路的基于CRTS Ⅰ型板式无 砟轨道垂向动力学子系统建模。 [0005]合理的动力计算模型是轨道结构振动分析的关键， 其应该具备精度高、 功能强、 参 数容易确定、 计算简 便等优点， 并能够充分地考虑与所研究问题密切相关的影响因素， 从而 保证计算结果的可靠性和精确性。 因此， 本发明在建立CRTS Ⅰ型无砟轨道垂向动力模型时， 遵循以下原则： 模型不宜过度繁琐， 在满足振动分析所要求的精度下， 模型应尽可能简化， 以降低确定模型中相关计算参数 的难度， 否则可能出现模型相当准确、 计算方法的精度也 很高， 但计算 参数精度较低甚至无法确定的情况， 严重地影响结果的准确性。 [0006]本发明的设计构思为： 针对需要解决的问题， 将问题所涉及的部件临近 的结构进行较为精确的模拟， 而 距离较远的结构则降低模拟精度， 做比较粗略的模拟： 1、 模拟钢轨普遍采用Euler梁和Timoshenko梁两种模型， Timoshenko梁考虑了梁 的剪切和旋转惯性效应， 用于钢轨高频分析时可以得到更加精确的结果， 但理论分析甚为 复杂； Euler梁计算简便， 在钢轨低频分析时与Timoshenko梁模型得到的结果几乎完全一 致， 本发明采用Euler梁来模拟钢轨， 能够在保证足够数值精度的同时， 使计算过程大为简 化；说　明　书 1/5 页 3 CN 115293009 A 3